Phần 1: VẬT LIỆU ĐIỆN Chương 1: VẬT LIỆU DẪN IN 1.1 Khái niệm, phân loại đặc tính vật liệu dẫn điện a Khái niệm vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện dạng vật chất có chứa điện tích tự (ngay điều kiện thường) Khi đặt chúng ®iƯn trêng c¸c ®iƯn tÝch tù chun ®éng theo hướng định điện trường tạo thành dòng ®iƯn lóc ®ã ta nãi r»ng vËt liƯu cã tÝnh dẫn điện Vật liệu tồn thể rắn, lỏng, khí Đó kim loại hợp kim hay phi kim loại ví dụ: Than, graphit b Phân loại Nhóm 1: Vật liệu dẫn điện có tính dẫn điện tử Phần lớn thuộc kim loại, hợp kim, số phi kim loại, thường tồn thể rắn trường hợp đặc biệt thể lỏng ( thủy ngân) - Đặc trưng nhóm vật liệu là: Mọi hoạt động điện tích không làm thay đổi thực thể tạo nên vật dẫn - Có hai loại vật liệu dẫn điện tính dẫn ®iƯn tư Lo¹i 1: Cã ®iƯn trë st nhá gåm vật liệu đồng, nhôm, vàng, bạc Khi sử dụng thường hợp kim ứng dụng: Dùng làm dây dẫn, dây điện từ máy điện, khí cụ điện số dụng cụ đo lường Loại 2: Có ®iƯn trë st cao vÝ dơ nh: Hỵp kim manganin, constantan ứng dụng : Dùng làm biến trở, điện trở mẫu, dùng loại bóng đèn Nhóm 2: Vật liệu dẫn điện có tính dẫn ion Phần lớn chúng tồn dạng dung dịch axit, kiềm, muối Đặc trưng nhóm là: Khi dòng điện chạy qua vật dẫn làm thay đổi biến đổi hóa học c Đặc tính vật liệu dẫn điện * Điện trở (R) Khái niệm: Là quan hệ hiệu điện không đổi đặt hai đầu dây dẫn cường độ dòng điện chiều tạo nên dây dẫn Hoặc: quan hệ điện áp không đổi hai đầu vật dẫn cường độ dòng điện chảy vật dẫn Biểu thức: R =.l/s Trong đó: : Điện trở suất phụ thuộc vào loại vật liệi tạo nên vật dẫn l,S: Chiều dài tiết diện dây dẫn Đơn vị: ; k; M + Điện dẫn Khái niệm: đại lượng nghịch đảo điện trở Biểu thức: G = 1/R Đơn vị: 1/ = -1 Siemen (S) * Điện trở suất () Khái niệm: Điện trở suất điện trở dây dẫn có chiều dài đơn vị chiều dài tiết diện đơn vÞ diƯn tÝch NÕu S tÝnh b»ng mm2, l tính m = .mm2/m .cm, .m, vµ Ω.cm víi quan hƯ Ω.cm = 10-2 Ω.m = 104 Ω.mm2/m= 106 Ω.cm *§iƯn dÉn st : ( ) Là đại lượng nghịch đảo điện trở suất + HƯ sè thay ®ỉi cđa ®iƯn trë xt theo nhiệt độ Kí hiệu: Phần lớn vật dẫn nhiệt độ tăng điện trở suất tăng, số vật dẫn khác lại có tính chất ngược lại (Cácbon dung dịch điện phân) Cách tính hệ số Đối với khoảng chênh lệch nhiệt độ (t2 - t1) hệ số trung bình là: = t2 - t1/t1(t2 - t1) Khi nóng chảy điện trở suất kim loại thay đổi thông thường tăng lên trừ ăngtimoan, bitmut lại giảm độ không tuyệt đối (00K) kim loại tinh khiết giảm đột ngột chúng thể hiện tượng siêu dẫn Trước tượng siêu dẫn không sử dụng thực tế vì: Với giá trị cường độ từ trường đà phá hoại hiệu ứng siêu dẫn (với kim loại cường độ từ trường không lớn) Người ta sử dụng hợp kim có nhiệt độ tương đối cao chuyển sang siêu dẫn giữ trạng thái siêu dẫn từ trường mạnh vá cho dòng điện lớn ®i qua Nb3Sn: Tri niobi- ThiÕc, cã nhiƯt ®é siªu dÉn 18,2oK V3Ga: Tri vanadi - Gali, cã nhiƯt ®é siêu dẫn 16,8oK Nb-Ti: Niobi-Titan , có nhiệt độ siêu dẫn gần 10oK Nb-Zn: Niobi- Ziriconi, có nhiệt độ siêu dẫn gần 10oK Điện trở suất hệ số thay ®ỉi ®iƯn trë st theo nhiƯt ®é cđa mét sè kim loại Hệ số thay đổi Điện trở suất Điện trë st HƯ sè thay ®ỉi ®iƯn trë st Kim o 20 c ë 20oc ®iƯn trë st theo Kim loại theo nhiệt loại .mm2/m .mm2/m nhiệt độ(1/độ) độ(1/độ) B¹c 0,016- 0,0165 0,0034-0,00429 kÏm 0,0535- 0,063 0,0035- 0,00419 0,0168-0,0182 0,00392Niken 0,0614- 0,138 0,0044 - 0,00692 §ång 0,00445 0,022-0,024 0,0035 - ThÐp 0,0918- 1,150 0,0045 - 0,00657 Vµng 0,00398 0,0262 - 0,040 0,0040 - 0,0049 Platin 0,0866- 0,116 0,00247Nh«m 0,00398 Manhª 0,0446 - 0,046 0,0039 - 0,0046 ThiÕc 0,113 - 0,143 0,0042 - 0,00465 0,0476-0,057 0,0033 - Ch× 0,205 - 0,222 0,0038 - 0,00428 Môlipđen 0,00512 0,0530-0,0612 0,004 - 0,0052 Thủ 0,952 - 0,959 0,0009 - 0,00099 Wonfram ng©n + Hệ số thay đổi điện trở suất theo áp suất Khi kéo nén đàn hồi điện trở suất kim loại biến đổi theo: = o (1 k) Trong đó: Dấu "+" ứng với biến dạng kÐo, dÊu "-"do nÐn : øng st c¬ khÝ cđa mẫu, đơn vị kg/mm2 K: Hệ số với Nhôm = 3,815.10-6 đến 3,766.10-6, Thiếc = -9,79.10-6 ;Mg =-3,9.10-6 *ảnh hưởng trường từ ánh sáng với điện trở suất Điện trở suất kl biến đổi tương tự đặt trường từ số vật liệu biến đổi ảnh hưởng ánh sáng * Hiệu điện tiếp xúc suất nhiệt động Khi tiếp giáp hai kim loại khác với nhau, chúng sinh hiệu điện thế, sở sảy tượng ăn mòn điện hóa Nguyên nhân: có khác công thoát điện tử số lượng điện tự Điện tiếp xúc từ vài phần mười đến vài vôn Bảng : giới thiệu điện hoá nhiệt độ bình thường phòng số kim loại : Điện hoá Điện hoá Điện hoá Kim loại nhiệt độ bình Kim loại nhiệt độ bình Kim loại nhiệt độ bình thường (V) thường (v) thường (v) Vàng +1,5 Thiếc -0,01 Crôm - 0,557 Platin +0,86 Chì - 0,13 Wolfram - 0,58 Thủ ng©n +0,86 Niken - 0,25 KÏm - 0,76 Bạc +0,88 Coban - 0,255 Mangan -1,04 Đồng +0,345 Cadmium - 0,04 Nhôm - 1.34 Hyđrô Sắt - 0,44 Magie - 2,35 0,00 Bari - 2,96 Søc nhiƯt ®iƯn động sinh hai kim loại khác tiếp xúc với ứng dụng để chế tạo nhiƯt ngÉu Ngêi ta thêng chän hai kim lo¹i cã sức nhiệt điện động lớn quan hệ đường thẳng với nhiệt độ để làm nhiệt ngẫu 1.2 Kim loại hợp kim 1.2.1 Khái niệm + Kim loại chiếm 79 nguyên tố trăm nguyên tố.Trong vỏ trái đất kim loại chiếm nhiều Nhôm 7%, sắt chiếm 5% Trong công nghiệp kim loại nguyên chất dùng dẻo lại có độ bền, độ cứng thấp Nhiều kim loại cã ®é dÉn ®iƯn cao nhng ë nhiƯt ®é cao độ dẫn điện lại giảm Điện trở nhỏ biến ®ỉi theo nhiƯt ®é, hƯ sè gi·n në nhiƯt rÊt lớn có thay đổi nhiệt độ + Hợp kim sản phẩm nấu chảy hai hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu kim loại hợp kim có tính chất kim loại Hợp kim chế tạo chủ yếu cách nấu chảy, điện phân, thiêu kết 1.2.2 Cấu tạo kim loại hợp kim 1.2.1.1 Cấu tạo kim loại Cấu tạo nguyên tử kim loại Kim loại có tính chất khác tổ chức bên chúng khác Vật chất nguyên tử tạo thành Mỗi nguyên tử hệ thống phức tạp tạo thành bao gồm:hạt nhân mạng điện tích dương điện tử mang điện tích âm bao quanh hạt nhân Hạt nhân bao gồm : prôtôn nơtrôn,khối lượng nguyên tử tập chung chủ yếu vào hạt nhân Điện tử : số lượng điện tử số lượng prôtôn sếp theo thứ tự bảng hệ thống tuần hoàn, số lượng từ 1104 điện tử Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo elíp với vận tốc lớn Các điện tử lớp có ảnh hưởng lớn đến tính chất chất , số lượng điện tử lớp từ điện tử Đối với kim loại , quỹ đạo có từ 12 điện tử ,các điện tử dễ rời hỏi quỹ đạo đẻ cho nguyên tử trở thành iôn dương điện tử nguyên nhân tính đẫn điện, dẫn nhiệt tính dẻo dai cđa lo¹i 2.CÊu t¹o cđa tinh thĨ kim loại Kim loại trạng thái rắn có cấu tạo bên theo mạng tinh thể,tức nguyên tử xếp không gian theo vị trí hình học định hỗn độn phi kim loại Cơ sở mạng tinh thể ô ,khi ta ghép ô ta mạng tinh thể Các kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại : Mạng lập phương thể tâm Trong ô kiểu mạng tinh thể có nguyên tử nút ( đỉnh ) hình lập phương hình lập phương có nguyên tử ( hình1.1) Khoảng cách a nguyên tử đo đơn vị A0 (ăng trôn ) gọi thông số mạng 1A0 = 10-8 cm Các kim loại có cấu trúc mạng tinh thể kiểu : sắt.crôm, wrolfram, Môlipđen Lập phương diện tâm Trong ô kiểu ,các nguyên tử nằm nút nămg trung tâm mặt hình lập phương( hình 1.2 ) Các kim loịa có cấu trúc kiểu mạng : sắt , đồng, niken,chì bạc, vàng Mạng lục phương dày đặc ô a kiểu này, nguyên tử nằm Hình 1.1 : ô Hình 1.2 : ô nút hình lục lăng,hai nguyên tử nằm lập phương thể tâm lập phương diện tâm trung tâm hai mặt đáy, ba nguyên tử nằm trung tâm ba khối lăng trụ tam giác ( hình 1.3 ) Các kim loại thường gặp cấu trúc mạng tinh thể là: kẽm, magiê, cađimi Hình chiếu ô lục phương dày đặc Hình 1.3: Kiểu mạng lục phương dày đặc 1.2.3 Tính chất chung a Tính chất lý học * Vẻ sáng mặt Sự phản chiếu ánh sáng mặt gọi màu kim loại Ví dụ: Đồng màu đỏ, thiếc màu trắng bạc, kẽm màu xám, có màu lớp oxit bị ôxi hóa chúng tạo thành màu sắc khác nhiệt độ khác + Người ta chia kim loại thành: - Kim loại đen gồm: Sắt hợp kim sắt - Kim loại màu gồm: Tất kim loại lại * Tính nóng chảy Kim loại có tính chảy loÃng đốt nóng đông đặc làm nguội Nhiệt độ ứng với kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng công nghệ đúc kim loại Điểm nóng chảy hợp kim khác với điểm nóng chảy kim loại tạo nên * Tính dẫn nhiệt Là tính truyền nhiệt kim loại bị đốt nóng làm lạnh Các vật có tính dẫn nhiệt muốn đốt nóng hoàn toàn phải mÊt thêi gian dµi vµ lµm nguéi nhanh cã thĨ g©y nøt * TÝnh gi·n në nhiƯt Khi đốt nóng kim loại giÃn nở nguội lạnh co lại (cần ý trường hỵp thĨ) * TÝnh nhiƠm tõ - ChØ cã số kim loại có tính nhiễm từ (tức bị từ hóa sau đặt từ trường) VD: Sắt hợp kim sắt lại kim loại khác không - Tính nhiễm từ sắt phụ thuộc vào thành phần vào tổ chức bên kim loại Do không cố định với loại vật liệu VD: nhiệt độ 7680c sắt có tính nhiễm từ nhiệt độ lớn không khả n÷a b TÝnh chÊt hãa häc TÝnh chÊt hãa häc biểu thị khả kim loại hợp kim chống lại tác dụng hóa học môi trường có hoạt tính khác + Tính chống ăn mòn Khả chống lại ăn mòn không khí, ôxy, nước nhiệt độ thừơng nhiệt độ cao + Tính chịu axit Là khả chống lại tác dụng môi trường axit c Tính chất học(cơ tính) Là khả chống lại tác dụng lực bên lên kim loại ( độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, chịu mỏi) d Tính công nghệ Là khả mà kim loại thực phương pháp công nghệ để sản xuất sản phẩm bao gồm: tính cắt gọt, tính rèn, tính hàn, tính nhiệt luyện 1.3 Kim loại hợp kim có điện dẫn suất cao STT Tên vật Đặc điểm liệu - 200C = (0,016 0,0165) Ω.mm2/m - B¹c tinh khiÕt bị ăn mòn dính chặt Nó tìm thấy dạng mỏ hay tự nhiên ( cục kim loại có tới 98% Bạc) mỏ chì, kẽm, ®ång hc cã thĨ thÊy níc biĨn víi 0,001mg/1lit - Có màu trắng chiếu sáng nhiệt độ cao không bị ô xi hoá Tác dụng Bạc với ôzon tạo Ag2o, sunfua hyđrô sulfurơ làm bạc ngả màu đen Phản ứng với clo, lưu hnh - Bay h¬i ë t0 = 140016000c -DƠ vt gi·n, mỊm dƠ n cong, cã thĨ gia c«ng theo quy trình rót, dát mỏng, rèn kéo sợi ë 200C = (0,01680,0182) Ω.mm2/m + §ång sau gia công có loại - Đồng cứng (MT)là đông không ủ nhiệt - Đồng mềm (MM) đồng đem ủ nhệt Đồng - Đồng cứng hợp kim - Nửa cứng + Bán thành phẩm: Đồng đúc, đồng đồng lá, đồng kéo sợi + Đặc điểm: Là kim loại có màu đỏ nhạt sáng rực, Đồng chuẩn hoá có = 0,0172(.mm2/m) Sức bền khí tương đối lớn, dễ rát, dễ vuốt giÃn gia công dễ dàng nóng lạnh (rèn, kéo sợi, dát mỏng) có sức bền ứng dụng - Làm dây dẫn tần số cao, quấn dây máy thu thanh, làm dây chảy cầu chì nóng chảy, làm khung cho tụ điện - Dùng quấn cuộn dây kỹ thuật vô tuyến - Hợp kim với Niken hay mangan dùng làm dây dẫn máy đo - Hợp kim bạc-palađi, bạcvàng làm tiếp điểm điện với dòng nhỏ thông tin viễn thông - Chế tạo chi tiết nhỏ đinh tán, đinh vít, đầu cực - Dùng sản xuất bóng catôt tế bào quang điện - Đồng cứng dùng chế tạo dây dẫn không cách điện đường dây truyền tải không, góp cho thiết bị phân phối, cho cổ góp máy điện - Đồng mềm sử dụng chế tạo dây dẫn cách điện cáp điện dây quấn máy điện - Hợp kim đồng (đồng với thiếc, kẽm chì dùng làm chi tiết vòng trượt, giá đỡ chổi than, lò xo dẫn điện, ổ cắm điện - Hợp kim đồng thau (đồng với kẽm) lớn va đập ăn mòn, sức đề kháng cao thời tiết xấu - Có khả tạo thành hợp kim tốt với kim loại màu khác cho hợp kim có giá trị: - Việc hàn kết dính nhiều phương pháp thực dễ dàng + Các yếu tố ¶nh hëng ®Õn ®iƯn trë st - ¶nh hëng cđa tạp chất: Với bạc, cađimi làm giảm ít, sắt, silic làm giảm nhiều - ảnh hưởng gia công khí: Khí rát, kéo nguội làm giảm Đường kính dây 900oc làm giảm tính chất học + Hợp kim: - Hợp kim đồng thau (đồng với kẽm) - Hợp kim đồng (đồng với thiếc, kẽm chì - = 0,022 0,024(.mm2/m) 200C kim loại có màu vàng đặc trưng sáng rực, màu không bị không khí axit Vàng - Không bị ôxi hoá nhiệt độ cao Hoà tan dung dịch axit clohiđric - Nung nóng đến trạng thái nóng sáng dễ bị bay + Bán thành phẩm: Nhôm đúc, nhôm lá, nhôm kéo sợi Nhôm + Đặc điểm: hợp - = (0,0240,026)Ω.mm2/m, ë 200C kim vµ b»ng 1,7 đồng nhôm - Trọng lượng riêng < đồng 3,3 lần - Tính nóng chảy thấp, tính dẻo cao, Nếu kẽm = 39% HK dẻo dùng làm chi tiết đặc biệt phức tạp cách dập, vuốt Nếu kẽm >39% dùng đúc chi tiết định hình - Các loại đồng cứng, nửa cứng dùng khÝ ®iƯn - Dïng kü tht ®iƯn nh gia công hợp kim làm tiếp điểm điện - Dùng làm điện trở điện kế, dụng cụ tĩnh điện - Nhôm nguyên chất dùng làm dây dẫn, dây cáp, góp, ống nối , dây quấn máy điện, nhôm làm tụ -Hợp kim nhôm có cao dùng đúc rôto lồng sóc động không đồng có mô men Sắt tương đối bền bị ôxi hoá - Nhôm nguyên chất bền vững nước biển Bị phá huỷ nhanh H2SO4(a xit sunfuric) loÃng dung dịch kiềm - Lớp ôxit nhôm có tính ổn định cao chống ăn mòn môi trường amôniac (NH3) số chất khí khác - Việc hàn kết dính thực khó khăn so với đồng - Hợp chất nhôm với tạp chất tạo thành thể rắn giảm tính dẫn điện - Hợp chất nhôm với tạp chất tạo thành khác thể rắn không dùng dẫn điện + Hợp kim: Nhôm có nhiều loại hợp kim dùng để đúc kéo dây dẫn điện -Hợp kim nhôm dùng để đúc có loại: nhôm-kẽmđồng; nhôm -đồng-niken; nhôm-silicđồng; nhôm-silic-mage - Hợp kim dùng chế tạo dây dẫn là: Aldray hợp kim nhôm với (Mg=0,3-0,5%; Silic=0,4-0,7%; sắt =0,2-0,3%) - =(0,0918 1,15)Ω.mm2/m, ë 200C §iƯn trë st lín gấp 7- lần đồng - Sắt tinh khiết có màu trắng bạc, không khí khô không tác dụng - Dây dẫn sắt hay bị han gỉ không chịu ăn mòn điện hoá - dòng điện xoay chiều điện trở tăng so với dòng chiều - Có khả chịu điện áp cao - Trọng lượng riêng tương đối lớn(7,86 kg/dm3) 1.4 Hợp kim có điện dẫn suất thấp.(Điện trở cao) STT Tên kim loại Đặc điểm khởi động lớn, động nhiều tốc độ, làm dây dẫn ( dây trần không, ruột cáp) - Làm dây dẫn không cấm sử dụng nhỏ tiết điện tính toán - Được dùng lưới điện có khoảng cách cột lớn - Làm vật liệu dẫn điện dạng dẫn, đường ray tải điện,tàu điện ngầm, lõi dây nhôm - Khi sử dụng để khắc phục tượng han rỉ người ta thường mạ kẽm - Làm dây chống sét ứng dụng Manganin -Thành phần: Là hợp kim gốc đồng 86% Cu, 12% Mn, 2%Ni - Có màu vàng, kéo thành sợi mảnh 0,02 mm sản xuất thành - Hệ số điện trở suất nhỏ, điện trở với độ ổn định cao - Là hợp kim đồng-Niken với 60%Cu, 40%Ni Hàm lượng niken hợp kim định trị số lớn nhỏ nhất.Trị số gần không thường có trị số âm - Có thể kéo thành sợi, cán thành manganin -Dùng dụng cụ đo điện, điện trở mẫu, biến trở dụng cụ đốt nóng điện - Dùng sản xuất dây biến trở,dụng cụ đốt nóng điện có nhiệt độ làm việc không 4000c Conxtantan - Sử dụng thích hợp cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ không vài trăm độ - Thành phần: Mn1,5%, Ni - Dùng làm dụng cụ (5561)%, Cr(1518)% lại sắt đốt nóng điện: thiết -Tính chịu nhiệt cao (nhiệt độ cho bị nung, lò điện, mỏ hàn phép 100011000c) Các hợp kim - Tuổi thọ dây dẫn hợp kim chịu Crômniken( nóng phụ thuộc nhiều vào thay đổi nicrom) đường kính theo chiều dài dây đồng thành phần hợp kim - Để tăng tuổi thọ xoắn thành lò xo đặt môi trường trơ, rắn đất sét, gạch chịu lửa - Thành phần: Mn=0,7%, Ni=0,6%, - Dùng thiết bị đốt Cr(125)%, Al (3,55,5)% lại nóng điện công suất lớn lò điện công nghiệp Hợp kim sắt crôm-nhôm - Là hợp kim cứng, giòn khó kéo thành sợi thành băng dài hợp kim rẻ tiền 1.5 Các kim loại khác 1.5.1 Won fram + Đặc điểm: = 0,0530,0612(.mm2/m) 200C Là kim loại cứng có màu tro chiếu sáng không thay đổi nhiệt độ thường dù có nước nhiệt độ 7000c bắt đầu bị ô xi hoá tạo thành màu trắng tăng nhiệt độ lớp ô xyt trở nên màu vàng - nhiệt độ cao phản ứng với oxyt cacbon, nitơ, nước không phản ứng vợi hyđro, thuỷ ngân - Không tan a xit, chi tiết dày dễ vỡ, đứt + ứng dụng - Làm dây vòng xoắn đèn nung sáng Làm điện trở nung nóng - Làm điện cực catôt (cực âm) bóng điện tử mạnh, làm việc với điện áp cao, nhiệt độ cao, làm nhiệt ngẫu - Làm tiếp điểm điện không bị hàn chặt thời gian làm việc, có sức bền với mài mòn khí - Hợp kim với bạc, đồng dùng làm tiếp điểm công suất lớn 1.5.2 Mô lip đen + Đặc điểm: = 0,0476 0,057(.mm2/m) 200C Là kim loại có màu trắng xám tro dạng bụi bột có màu xám tro nóng chảy có màu trắng bạc Khi nguội không khí khó bị ô xýt hoá, bị ô xýt hoá lớp rực sáng - Khi nguội không bị tác dụng kiềm hay axít clohyđric, bị tác dụng axit sunfuaric, không phản ứng với hyđro - Dẻo dễ rát mỏng, sức bền khi gia công phụ thuộc vào độ lớn hạt + ứng dụng: - Làm chi tiết đỡ cho sợi tóc bóng đèn nung sáng, lưới bóng điện tử - Dây mảnh băng dẹt dùng làm phần tử đốt nóng chân không, lò điện trở có nhiệt độ tới 16000c -Dùng làm nhiệt ngẫu, tiếp điểm điện điều hoà dụng cụ từ kế - Hợp kim môlipđen-von fram dùng máy cắt điện chân không hay khí trơ - Hợp kim với niken, crôm dùng làm điện trở nung nóng 1.5.3 Niken + Đặc điểm: - Có = 0,06140,138(.mm2/m) 200C Là kim loại có màu trắng, xám tro, rực sáng - Nó không bị oxy hoá không khí nước nhiệt thường nhiệt độ 500oC bị oxy hoá có tính giòn giảm sức bền khí - Nó không tác dụng với dung dịch kiềm , bazơ nóng chảy vật chất hữu - Trong chân không bay 750oC (trước nhiệt độ nóng chảy) - Là kim loại bền dễ dát, vuốt giÃn, rèn dập - trạng thái lỏng có độ chảy lỏng nhỏ hấp thụ nhiều khí + øng dơng: - Ngêi ta dïng niken ®Ĩ bäc thép, dùng làm kính phản chiếu kỹ thuật ánh sáng - Trong kỹ thuật chân không làm giá đỡ dây tóc bóng đèn nung sáng bóng đèn điện tư - Dïng chÕ t¹o nhiƯt ngÉu( Ni-Fe, Ni-Cr) - Chế tạo số tiếp điểm điện môi trường hydrô cac bua có điện áp lớn dòng điện nhỏ - Dùng chế tạo điện trở phát nóng đến 9000C - Chế tạo điện cực dương cho ắc quy - Hợp kim Ni để làm điện trở tiếp điểm điện, biến trở, chảo điện 1.5.4.Chì + Đặc điểm - = 0,2050,32(.mm2/m) 200C 10 Tiếp điểm động 16 có dạng trụ đặc, chuyển động tịnh tiến nhờ cấu truyền 13, nối với 14 để nối tới hệ thống truyền động chung ba cực Điện đưa vào dẫn 7, tới tiếp điểm động 16 qua hai dẫn tĩnh 15 hệ lăn lấy đáy - Máy cắt BM-10 (máy cắt dầu loại treo 10kV) hình 3.49 Thông số BM-10 Uđm = 10kV; Iđm = 600A; Icđm = 20kA; Pcắtđm = 350MVA Với kết cấu kiểu treo có dòng điện định mức tới 3200A Thời gian cắt máy cắt dầu kiểu (0,12 0,13) giây Các máy cắt có điện áp từ 35kV đến 110kV, với công suất cắt 1000 đến 5000 MVA chế tạo kiểu cột sứ, lắp đặt trời Máy cắt kiểu BMK - 35 (máy cắt dầu kiểu cột, 35 kV) hình 7.8 Các thông số: Uđm = 35kV; Iđm = 1000A; Icđm = 16,4kA; Pcắtđm = 1000MVA Hình 7.8 Bình đóng cắt máy cắt dầu loại 10kV, lắp nhà kiểu treo Hình 7.9 (máy cắt dầu loại treo 10kV) 1- Bình cắt; 2- Sứ treo; 3- Đế thép; 4- Thanh cắt điện; 5- Trục truyền động; 6- Bộ hoÃn xung; 7- Cơ cấu đòn khớp Với điện áp từ >220kV, pha máy cắt có vài bình cắt dầu nối tiếp 133 Hình 7.10 máy cắt dầu kiểu cột, 35 kV 1- Trục truyền động; 2- Tiếp điểm động; 3- Thanh truyền; 4- Con lăn; 5- ống cách điện; 6- Sứ trên; 7- Sứ b/ Máy cắt không khí nén ( hình 7.11) Không khí khô, nén với áp suất cao (từ 20 ®Õn 40 at) dïng ®Ĩ thỉi hå quang vµ ®Ĩ thao tác máy cắt, máy cắt loại gọi máy cắt không khí nén hay máy cắt không khí Cách điện buồng dập hồ quang cách điện rắn sứ Buồng dập hồ quang có hai loại: loại thổi dọc loại thỉi ngang Lo¹i thỉi ngang cã hiƯu øng dËp hå quang tốt loại thổi dọc kích thước lớn Nó thường dùng cho máy cắt máy phát, với điện áp đến 20kV, dòng điện định mức đến hàng chục ngàn ampe máy cắt không khí, tốc độ thổi không phụ thuộc vào dòng điện mà phụ thuộc vào áp suất không khí nén Nếu lỗ thổi đủ lớn khoảng cách hai tiếp điểm có trị số tối ưu dòng điện cắt đạt trị số lớn Cần lưu ý lỗ thổi lớn, áp suất khí cao lượng không khí nén cần cho lần cắt đáng kể Nguyên lý kết cấu máy cắt không khí đa dạng, phụ thuộc vào điện áp dòng định mức, vào phương thức truyền không khí nén vào hình cắt trạng thái tiếp điểm sau cắt Máy cắt hình 3.51a có bình chứa cách ly với buồng dập hồ quang Luồng khí nén từ bình chứa, qua èng dÉn vµo buång dËp hå quang tiÕp điểm tĩnh tiếp điểm động tách rời Máy cắt kiểu cách ly kèm Thao tác đóng thực qua van điện từ ®ãng, sÏ më cho khÝ nÐn ®Èy pitt«ng ®ãng KÕt cấu loại thường dùng cho cấp điện áp trung áp (đến 36kV) dòng điện cỡ ngàn ampe 134 Hình 7.11.máy cắt không khí 1- Bình chứa không khÝ nÐn; 2- Bng dËp hå quang; 3- §iƯn trë sun; 4,5- Dao cách ly; 6- Tụ điện Nguyên lý kết cấu máy cắt hình 7.11b có bình chứa khí nối đất (tương tự hình 7.11a), có hai buồng cắt, có điện trở sun hai dao cách ly Quá trình cắt tiến hành theo trình tự sau: Dao cắt trước, bé phËn hai tiÕp ®iĨm bng dËp hå quang cắt, cuối dao cách ly Dòng cắt dao bé lúc hai điện trở hạn chế dòng điện cắt đến giá trị thích hợp Sau cách ly cắt, khí nén ngừng cấp nên áp suất bình cắt giảm, lực lò xo đẩy tiếp điểm động vào tiếp điểm tĩnh Quá trình đóng theo trình tự ngược lại: cách ly đóng trước, cách ly (hai tiếp điểm buồng cắt đà đóng lại sau trình cắt kết thúc) loại máy cắt này, dao cách ly nằm bên buồng cắt nên dễ bị hưởng môi trường xung quanh Kết cấu kiểu thường dùng cho loại có dòng điện lớn đến hàng chục ngàn ampe, điện áp đến 20kV, dùng cho máy cắt máy phát Trên hình 7.11c trình bày nguyên lý kiểu máy cắt có dao cách ly nằm bình cắt điện có khí nén Bình bên trái buồng dập hồ quang máy cắt, có hai chỗ cắt có điện trở phân dòng điện, bình bên phải dao cách ly, có hai chỗ cắt có tụ phân bố điện áp hai dao Trên hình 7.11d trình bày nguyên lý cấu tạo loại máy cắt không khí nén tiên tiến bình chứa khí cách ly với đất tiếp điểm máy cắt làm việc môi trường khí nén, cắt, không cần khí nén phải dẫn từ bình chứa tới, nên khả dập hồ quang lớn Loại máy cắt không kèm cách ly nên cầu dao cách ly bên Hai tụ điện mắc với hai tiếp điểm để phân bố điện áp cắt buồng cắt kiểu dùng cho cấp điện áp 110kV, với điện áp cao hơn, dùng vài bình nối tiếp Thời gian cháy hồ quang máy cắt khí nén vào khoảng 0,01 giây Ưu điểm máy cắt không khí nén khả cắt lớn, đạt đến dòng cắt 100kA, thời gian cắt bé nên tiếp điểm có tuổi thọ cao Mặt khác loại máy cắt không sợ nổ máy cắt dầu 135 Nhược điểm loại máy cắt có thiết bị khí nén kèm Vì nên dùng cho trạm có số lượng máy cắt lớn Cho đến năm 90 kỷ 20, máy cắt không khí nén không chế tạo không cạnh tranh với loại chân không khí SF6 Trên hình 7.12 trình bày kích cỡ thông số máy cắt không khí loại có dao cách ly bên trong; Máy cắt khí nén có cách ky khí nén kiểu BBH hình 3.54: Uđm = 330kV; Iđm = 2000A; Icđm = 26,2kA Phần máy cắt có bình cắt nối tiếp (mỗi cột cắt có bình), phần dao cách ly có bình có tụ bình tụ (4 bình cắt sau cùng) áp suất khí nén 20 at Một pha máy cắt không khí kiểu BBБ: U®m = 110kV; I®m = 2000A; Ic®m = 32,2kA; Pđm = 6000MVA áp suất khí nén cỡ 26at Vì buồng dập hồ quang đặt bình chứa Hình 7.12 máy cắt không khí loại có nên công suất cắt lớn Loại không dao cách ly bên trong; có dao cách ly bên Với điện áp 1- Bình chứa không khí nén; 2- Sứ cách điện định mức 250kV cho đơn vị, 500kV ống dẫn; 3- Bình chứa cho dao cách ly; 4- Bình cho hai đơn vị nối tiếp 750kV cho ba cắt máy cắt (cắt dòng ngắn mạch); 5- Điện đơn vị nối tiếp, loại máy cắt kiểu có trở hạn chế dòng điện; 6- Van xả khí; 7- Dao thể đạt tới công suất cắt 82000 MVA cách ly; 8- Tụ điện; 9- Van xả áp suất khí nén loại đạt tới 40at Tổng thời gian cắt loại bé: tc 0,04s Đây kiểu máy cắt khí nén điện áp cao loại tiên tiến Liên Xô (cũ) chế tạo Hình 7.13 loại máy cắt có bình cắt (buồng dập hồ quang) nằm bình chứa khí nén 1- Tủ điều khiển; 2- Sứ đỡ; 3- Bình cắt; 4- Sứ xuyên; 5- Tụ phân áp 136 1- Máy cắt khí SF6 Để tăng hiệu ứng dập hồ quang môi trường khí giảm kích thước cách điện, người ta sử dụng khí SF6 Loại khí có đặc điểm sau: Hình 7.14 Máy cắt khí nén kiểu BHB 250 1- Bình chứa không khí nén; 2- Sứ cách điện trụ; 3- Bng dËp hå quang chÝnh; 4- Tơ ®iƯn; 5- Điện trở buồng cắt phụ - áp suất bình thường, độ bền điện SF6 gấp 2,5 lần so với không khí, áp suất 2at (0,2 MPa) độ bền điện khí tương đương với dầu biến áp - Hệ số dẫn nhiệt SF6 cao, gấp lần không khí, tăng mật độ dòng điện mạch vòng dẫn điện, giảm khối lượng đồng - Khả dập hồ quang cđa bng dËp kiĨu thỉi däc khÝ SF6 lín gÊp lần so với không khí, giảm thời gian cháy hồ quang, tăng khả cắt, tăng tuổi thọ tiếp điểm - SF6 loại khí trơ, không phản ứng với oxy, hyđrô, bị phân tích thành khí thành phần 137 Nhược điểm loại nhiệt độ hoá lỏng thấp, ¸p st 13,1at (1,31 MPa) nhiƯt ®é ho¸ láng cđa 00C, áp suất 3,5at (0,35 MPa) 400C Vì loại SF6 dùng áp suất không cao để tránh phải dùng thiết bị làm nóng Mặt khác khí có chất lượng tốt tạp chất Trong máy cắt SF6, hồ quang sÏ nhanh chãng dËp t¾t nÕu cã thỉi hå quang Trên sở đó, hai biện pháp thổi ¸p dơng lµ: thỉi tõ vµ tù thỉi kiĨu khÝ nén (dùng xilanh, pittông), nguyên lý tự thổi dùng xilanh-pittông sử dụng rộng rÃi hiệu Do hệ máy cắt SF6 chế tạo từ 1990 lại đây, người ta dùng nguyên lý thổi Máy cắt SF6 thiết kế, chế tạo cho cấp điện áp cao áp, từ 3kV đến 800kV ưu điểm: khả cắt lớn, kích thước nhỏ gọn, độ an toàn tin cËy cao, ti thä cao, chi phÝ b¶o dìng thÊp ** Buồng cắt loại trung áp (đến 24kV) Hình 7.15 nguyên lý kết cấu buồng cắt loại trung áp (đến 24kV) a- Trạng thái đóng; b- Quá độ cắt; c- Trạng thái cắt 1- Vỏ cách điện; 2- Tiếp ®iĨm hå quang ®éng; 3- TiÕp ®iĨm trỵt; 4- Trơc truyền động; 5Cơ cấu thu bẩn; 6- Xilanh - tiếp ®iĨm lµm viƯc ®éng; 7- TiÕp ®iĨm lµm viƯc tÜnh; 8- TiÕp ®iĨm hå quang tÜnh; 9- MiƯng thỉi; Piston tĩnh; 11- Đầu nối điện Nguyên lý: Khi có tín hiệu cắt, trục truyền động quay, kéo theo hệ thống động buồng cắt (gồm tiếp điểm động hồ quang 2, xilanh 6, miệng thổi cách điện 9) chuyển động tịnh tiến xuống dưới, đồng thời khí SF6 nén xilanh 6, hệ tiếp điểm làm việc cắt trước đến hệ tiếp điểm hồ quang Sau hồ quang phát sinh, miệng thổi giải phóng khỏi tiếp điểm hồ quang 8, áp suất khí SF6 nén thoát ra, thổi tắt hồ quang Thường bình cắt, có đồng hồ áp suất khí SF6 có van nạp khí bổ sung 138 ** Máy cắt loại lắp đặt trời, điện ¸p 24 38 kV, kiÓu GL 107 h·ng gec alsthom chế tạo (hình 7.16) + Cờu tạo: 1- Mũ có đầu vào; 2- khí SF6; 3- Cách điện bình cắt; 4- Tiếp điểm hồ quang; 5- Tiếp ®iĨm lµm viƯc; 6- MiƯng thỉi; 7- TiÕp ®iĨm hå quang; 8Xilanh; 9- Pittông; 10- Mặt bích có đầu ra; 11Tiếp điểm trượt; 12- Thanh truyền; 13- Sứ cách điện đỡ; 14- Buồng cấu truyền động bình; 15- Cơ cấu vị trí; 16- Đáy bình cắt; 17- Cơ cấu thu bẩn; 18- Van nạp ga; 19- Cơ cấu động lên cót lò xo; 20- Tay đòn; 21- Lò xo đóng; 22- Lò xo cắt; 23- Cơ cấu lên dây cót tay ** Các thông số kỹ thuật GL-107 - Điện áp định mức: 24 36 kV - Điện áp thử phút: 70 kV - Điện áp xung: 170 kV Hình 7.16 máy cắt trời điện áp - Tần số định møc: 50/60 Hz 24 38 kV, kiÓu GL107 hÃng - Dòng điện định mức: 800-1250-1600 A gec alsthom chế tạo - Dòng điện cắt định mức: 25 kA - Dòng điện xung kích: 62,5 kA - Dòng điện ổn định nhiệt 3s: 25A - Thời gian cắt: 50 ms - Thời gian đóng: 75 ms Khối lượng cụm ba buồng cắt: 360 kg Chu trình đóng lặp lại: Cắt 0,3s - Đóng cắt - 180s - Đóng cắt 2- Máy cắt chân không máy cắt chân không, ¸p suÊt buång dËp rÊt thÊp, díi 10-4 Pa (hoặc 10-4 bar), mật độ không khí thấp Hành trình tự phân tử đạt 50 mét, hành trình tự điện tử đạt300 mét, nên độ bền điện chân không cao, hồ quang dễ bị dập tắt khó có điều kiện cháy lại sau dòng điện qua trị số áp suất 10-4 Pa, độ bền điện đạt tới 100kV/mm Vì với điện áp cấp trung áp, độ mở tiếp điểm buồng cắt chân không khoảng đến 25 mm ** Buồng cắt chân không (hình 3.57) Bên buồng cách điện vật liệu cách điện dạng comporit đặt hệ thống tiếp điểm dạng tiếp xúc mặt, với dẫn tĩnh dẫn động 5, chuyển động tịnh tiến theo cấu dẫn hướng 8, lắp chặt với đáy ống xếp kim loại có đầu hàn với dẫn động, đầu hàn với đáy 2, mục đích đảm bảo chân không cho bình cắt tiếp điểm động chuyển động nhiều lần Với công nghệ đại, buồng chân tuổi thọ đến 30.000 lần thao tác ống kim loại đóng vai trò chắn, ngăn không cho kim loại bám vào bề mặt bên ống cách điện, làm suy giảm cách điện 139 Khi cắt, tiếp điểm động tách khỏi tiếp điểm tĩnh, hồ quang xuất bề tiếp xúc làm kim loại bị nóng chảy bay Hồ quang bị dập tắt dòng điện qua trị số Để tăng khả cắt giảm hao mòn tiếp điểm hồ quang sinh ra, người ta sử dụng cấu tạo đặc biệt tiếp điểm để tạo lực điện động dòng điện, thổi hồ quang phía mặt tiếp xúc, hình 7.18 trình bày nguyên lý cấu tạo hai loại tiếp điểm: Tiếp điểm có từ trường hướng kính (hình 7.18 a) tiếp điểm có từ trường hướng trục (hình 7.18 b) ưu điểm máy cắt chân không kích thước nhỏ, gọn, không gây cháy, nổ, tuổi thọ cao cắt dòng định mức (đến 10.000 lần đóng cắt), gần không cần bảo dưỡng định kỳ, loại máy cắt dùng rộng rÃi lưới điện trung áp, với dòng điện định mức đến 3000A, chủ yếu dùng lắp đặt nhà Hình 7.11 buồng cắt chân không Dòng điện cắt đến 50kA, thời gian cháy hồ quang cỡ 15ms Hình 7.18 Các loại tiếp điểm a- TiÕp ®iĨm tõ trêng híng kÝnh; b- TiÕp ®iĨm tõ trường hướng trục 1- Cấu tạo tiếp điểm; 2- Đường dòng điện hướng hồ quang; A,C- Tiếp điểm CrCu; B- Thân đỡ tiếp điểm Máy cắt chân không VB, với dòng định mức 2500 A 3150 A với cấp điện áp 12; 17,5 24 kV(hình 7.19) 140 Hình 7.19 Máy cắt chân không VB, dòng điện định mức 2500 3150A **Bộ truyền động kiểu CC-100, dùng cho máy cắt VB (hình 7.20) - Quá trình đóng: Lò xo đóng nén, tích lượng dây xích nối với trục khuỷu 3, cụm động điện - hộp số tay quay qua trục quay Lò xo trạng thái chờ nhờ chốt hÃm đóng Việc giải phóng chốt hÃm thực cách đưa xung điện vào cuộn đóng nút ấn quay theo chiều kim đồng hồ Khi chốt giải phóng, lượng tích lò xo làm quay cam 9, tác động lên lăn 10, hệ thống đòn khớp 11,13,14 cuối tay đòn 15 làm đóng tiếp điểm buồng cắt 16 Đồng thời lò xo cắt 17 tích lượng cho trình cắt Lò xo tiếp điểm 18 đảm bảo ®é lón cÇn thiÕt cho tiÕp ®iĨm ®éng ®Ĩ tiÕp xúc tốt Trạng thái đóng chốt hÃm cắt 12 cố định Công tắc điểm cuối 21 để điều khiển động 4, cụm tiếp điểm phụ 19 gắn víi chun ®éng cđa trun ®éng chÝnh 14 141 Hình 7.20 Bộ truyền động kiểu CC-100, dùng cho máy cắt VB 1- Lò xo đóng; 2- Dây xích; 3- Trục khuỷu; 4- Cụm động hộp số; 5- Trục quay; 6Chốt hÃm đóng; 7- Nút ấn; 8- Cuộn dây đóng; 9- Cơ cấu cam; 10- Con lăn; 11- Tay đòn; 12- Chốt hÃm cắt; 13- Thanh nối; 14- Thanh truyền chính; 15- Tay đòn buồng cắt; 16Buồng cắt; 17- Lò xo cắt; 18- Lò xo tiếp điểm; 19- Khôái tiếp điểm phụ; 20- Tay biên; 21- Công tắc cuối hành trình; 22- Cuộn dây cắt; 23- Bộ hoÃn xung thuỷ lực; 24- Rơle chống bơm - trình cắt: Được thực nhờ giải phóng chốt hÃm cắt 12, lò xo cắt 17 tác động lên truyền động 14, tay đòn 15 buồng cắt 16 Bộ ho·n xung thủ lùc 23 h¹n chÕ xung lùc ë cuối hành trình cắt Việc giải phóng chốt hÃm cắt 12 thực tay qua nút ấn quay theo chiều ngược kim đồng hồ (cắt tay) đưa điện vào cuộn cắt 22 qua rơle bảo vệ - trình tự nạp lượng cho lò xo đóng: Sau đóng, việc tích lượng để đóng lần lò xo thực tự động cụm động điều khiển công tắc điểm cuối 21 tay nhờ chốt hÃm đóng khoá lại Rơle chống bơm 24 không cho phép máy cắt đóng lại tuỳ tiện lệnh đóng nhầm kéo dài thời gian lệnh * Các thông số kỹ thuật: - Điện áp định mức: 12; 17,5 24 kV - Điện áp xoay chiều thử nghiệm phút, tương ứng với điện áp định mức 28 kV, 38 kV 50 kV - Điện áp xung tương ứng: 75 kV, 95 kV 125 kV - Dòng điện định mức với cấp điện áp: 800 A, 1250 A, 1600 A, 2000 A, 2500 A, 3100 A - Dòng cắt từ 20; 25; 31,5; 36; 44 kA (tuỳ loại) - Dòng xung kích: từ 50 đến 110 kA (tuỳ loại) - Thời gian tác động: + Đóng: 35,50 ms + Mở: 42 ms + Cắt: 60 ms - Tuổi thọ: cơ: 30.000 lần; buồng cắt: 10.000 lần 142 - khối lượng (160 230) kg (tuỳ loại) Chế độ đóng lặp lại: Cắt 0,3s - Đóng - Cắt - 180s - Đóng - Cắt 3- Máy cắt tự sinh khí (hình 7.21) máy cắt tự sinh khí, hồ quang dập tắt hỗn hợp khí vật liệu rắn buồng dập hồ quang sinh tác động nhiệt độ cao Toàn máy cắt lắp khung thép Trục truyền động nối với phần động máy cắt (tiếp điểm làm việc tiếp điểm hồ quang 4) cách điện Khi cắt, tiếp điểm làm việc 1-2 cắt trước, tiếp điểm hồ quang 4-7 cắt sau Hồ quang sinh lµm tÊm vËt liƯu tù sinh khÝ bay hơi, tạo áp suất lớn buồng dập để dập hồ quang Hình 7.21 máy cắt tự sinh khí Loại máy cắt tự sinh khí có lực dập hồ quang không lớn, nên thường sử dụng kèm cầu chì để làm máy cắt phụ tải với điện áp định mức đến 24kV dòng điện định mức đến vài trăm ămpe.Việc truyền động đóng - cắt thực tay điện từ ưu điểm : Giá thành hạ, kết cấu đơn giản, không cần dao cách ly Nhược điểm: Tuổi thọ thấp (đến 100 lần cắt tải định mức), dễ gây cháy nổ, dùng cho hệ thống công suất bé 4- Máy cắt điện từ nguyên lý dập hồ quang máy cắt điện từ sử dụng lực ®iƯn ®éng gi÷a tõ trêng cn thỉi tõ sinh dòng điện cắt để thổi hồ quang vào bng dËp hå quang d¹ng khe hĐp b»ng vËt liƯu cách điện ưu điểm: Không cần dầu khí nén ®Ĩ dËp hå quang, ti thä cđa tiÕp ®iĨm cao, cho phép đóng cắt nhiều lần mà không cần thay tiếp điểm Hình 7.22 hệ thống tiếp điểm dập hồ quang loại máy cắt điện từ 6kV 1- Đế; 2- Sứ đỡ; 3- Cuộn dây thổi từ; 5- Thanh dẫn động; 6- Cực từ; 7- Tiếp điểm làm viƯc; 8- TiÕp ®iĨm hå quang; 9- Sng hå quang; 10- trụ cách điện; 12- Cơ cấu truyền động 143 Nhược điểm máy cắt kích thước tương đối lớn, dùng cho lắp đặt nhà với điện áp đến 15 kV, dòng điện đến 3000 A Dòng điện định mức 1600A, công suất cắt 400 MVA Liên Xô (cũ) chế tạo 7.2.4 Lựa chọn máy cắt Máy cắt điện thiết bị dùng mạng điện áp cao để đóng, cắt dòng điện phụ tải cắt dòng điện ngắn mạch Đó loại thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, song giá thành cao nên máy cắt thường dùng nơi quan trọng Máy cắt điện chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức, loại máy cắt, kiểm tra ổn định điện động, ổn định nhiệt khả cắt tình trạng ngắn mạch Các điều kiện chọn kiểm tra bảng dưới: Thứ Đại lượng lựa chọn Công thức để Ký hiệu tự kiểm tra chọn kiểm tra Điện áp định mức, [kV] UđmMCĐ UđmMCĐ Uđm.mạng Dòng điện định mức, [A] Iđm MCĐ Iđm MCĐ Ilv.max Dòng điện ổn định lực điện động [kA] imax (hay iôđn) imax ixk Dòng điện ổn định nhiệt thời gian Iôđn tôđn, [A] I ôdn I Công suất định mức, [MVA] Sđmcắt SN(tn) Sđmcắt t gt t ôdn - Dòng điện ổn định nhiệt máy cắt Iôđn lý lịch máy thường cho ứng với thời gian: 1; 10giây - Công suất ngắn mạch thời điểm cắt SN(tn): Thời gian cắt tính từ lúc bắt đầu ngắn mạch đến lúc máy cắt mở đầu tiếp xúc dập tắt hồ quang Nó tổng thời gian tác động riêng máy cắt thời gian tác động bảo vệ rơle Do xem thời gian cắt tN - Dòng điện định mức máy cắt ®iƯn cho víi ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é m«i trêng xung quanh xq = +350C Khi xq > 350C dòng điện định mức máy cắt điện ghi lý lịch máy cần phải giảm xuống theo biểu thức sau: I'dmMC§ I dmMC§ 75 - xq 40 , [ A] Khi xq < 350C dòng điện cho phép máy cắt điện tăng lên 0,005IđmMCĐ ứng với độ giảm nhiệt độ, tổng giá trị không vượt 1,2 IđmMCĐ 7.3 Thiết bị chống sét 7.3.1 Khái niệm- yêu cầu chống sét Thiết bị chống sét khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện, tránh hỏng cách điện điện áp cao từ khí (thường sét) tác động vào Muốn dẫn xung điện áp cao sét gây nên xuống đất, đầu thiết bị chống sét nối với đường dây, đầu nối đất Vì điện áp định mức, dòng điện qua thiết bị chống sét Khi có điện áp cao, thiết bị chống sét phải nhanh chóng dẫn điện áp xuống đất, để điện áp 144 cao không chạy vào thiết bị, sau phải ngăn dòng điện điện áp định mức chạy xuống đất * Các yêu cầu thiết bị chống sét: - Đặc tính bảo vệ thiết bị chống sét phải nằm đặc tính bảo vệ cách điện - Thiết bị chống sét không tác động nhầm có điện áp nội - Điện áp dư sau chống sét tác động phải thấp, không gây nguy hiểm cho cách điện thiết bị bảo vệ - Nhanh chóng hạn chế dập tắt dòng điện xoay chiều, phạm vi rộng điện áp định mức gây nên - Có tuổi thọ (số lần tác động) cao 7.3.2 Phân loại Dựa vào nguyên lý lµm viƯc, ta cã chèng sÐt èng, chèng sÐt van chống sét ôxyt kim loại 7.3.3 Cấu tạo nguyên lý làm việc 1- Chống sét ống (hình 7.23) + Cấu tạo: Vỏ ống hình trụ vật liệu cách điện loại tự sinh khí (fibrôbakelit,vinylplast), bên có đặt điện cực kim loại 4, đầu nối với mũ kim loại Điện cực thứ hai xuyến 6, gắn với ống kim loại 7, bulông để bắt chặt ống chống sét vào xà nối đất Cuối ống có chắn 8, tạo nên luồng dÃn khí Khoảng cách phóng điện l1 nối tiếp với khoảng cách phụ l2 Khoảng cách phụ l2 ngăn chặn dòng điện rò bề mặt thu lôi để thay đổi điện áp phóng điện + Nguyên lý làm việc: xảy điện áp, trình phóng điện nối tiếp qua hai khe hở l1 l2 Kế tiếp dòng điện xung (do điện áp khí quyển) dòng điện xoay chiều chạy xuống đất Hình 7.23 Dưới tác dụng hồ quang l1, vá èng b»ng vËt liÖu tù sinh khÝ sÏ bay hơi, tạo nên hỗn hợp khí áp suất cao, thổi hồ quang chắn Hồ quang bị dập tắt dòng điện xoay chiều qua trị số Lúc hỗn hợp khí nóng bị ion hoá thải tương đối lớn Vì lắp đặt chống sét ống, phải lưu ý hướng khí thoát để khỏi gây ngắn mạch chỗ xung quanh + Đặc điểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ khả cắt bị hạn chế (đến 20 kA), dùng để bảo vệ đường dây công suất thấp dây chống sét 2- Chống sét van (hình 7.24) 145 bé phËn chđ u cđa chèng sÐt van lµ cét chuỗi khe hở phóng điện ghép nối tiếp với cột chuỗi điện trở phi tuyến đặt vỏ cách điện kín Điện cực mũ cách điện nối với dây dẫn, điện cực đáy nối đất Khi có điện áp cao, khe hở van chống sét bị phóng điện qua chồng điện trở vilít, chế tạo từ hạt cacbuasilic, có lớp phủ SiO2 Khi điện áp đặt lên chồng điện trở phi tuyến lớn, điện trở giảm nhiều, nhanh chóng dẫn dòng điện xung xuống ®Êt Khi dßng ®iƯn xung hÕt, dßng ®iƯn xoay chiỊu với tần số công nghiệp chạy theo, song điện áp lưới thấp so với điện áp xung, điện trở phục hồi trị số lớn, giảm dòng điện xoay chiều Hình 7.24 chống sét van a- Tổng quát- b- Khối khe hở phóng điện 1- Lò xo ép; 2- vòng đệm; 3- Mặt bích kim loại; 4Vỏ cách điện (sứ nhựa); 5- Khối điện cực - Khe hở; 6- Điện trở phân áp trị số lớn; 7- Chồng điện trở phi tuyến; 8- Đế; 9- Vòng đệm mica; 10- Vỏ cách điện trong; 11- Lớp cách điện cực; 12- Tấm ép kim loại; Dòng điện xoay chiều dập tắt khe hở phóng điện qua trị số Trên hình 3.65 cho dạng đặc tính vôn - ampe điện trở vilít Các dạng ®iƯn cùc ë khe hë phãng ®iƯn ®¶m b¶o ®iƯn trường Khe hở hai điện cực cạnh 0,5 đến mm Đĩa vilit đường kính 100 mm chịu dòng điện xung 10kA thời gian 40s, chịu dòng điện xoay chiều khoảng 100A vài giây Các điện trở phân áp để phân điện áp xoay chiều khối khe hở không khí Trong chống sét van, số đĩa điện trở vilít chọn cho hạn chế dòng điện xoay chiều đến 100A, số khe hở không khí phóng điện chọn theo trị số điện áp xoay chiều Để tăng khả dập hồ quang khe hở phóng ®iƯn, ngêi ta cßn dïng hiƯu øng thỉi tõ ®Ĩ thổi hồ quang vào khe hẹp Việc tạo nên từ trường thổi thường sử dụng nam châm vĩnh cửu, thường phần nối đất chống sét van lắp thêm đếm lần tác động Chống sét van thường dùng để bảo vệ trạm biến áp, máy phát điện cho cấp điện áp (hạ áp, trung áp cao áp) Hình 7.25 đặc tính vôn - ampe Với phát triển công nghệ, chống sét van có khe hở phóng điện điện trở phi tuyến SiC phát triển thêm phần thổi từ đà thay dần loại mới, không cã khe hë phãng ®iƯn Bé phËn chđ u cđa chống sét van kiểu chồng điện trở phi tuyến ôxýt kim loại, có đặc tính vôn - ampe (hình 7.26), có khả hấp thụ lượng cao 146 Van chống sét oxýt kim loại không phóng điện nên không dùng khái niệm điện áp phóng điện Khi điện áp tăng cao điểm tới hạn (điểm nhọn B), điện trở chồng ôxýt kim loại giảm đột ngột, dẫn dòng điện xung xuống đất Với điện áp xoay chiều có giá trị thấp điện áp xung, Hình 7.26 đặc tính vôn - ampe điện trở chồng ôxýt kim loại phục hồi trị số lớn nên dòng xoay chiều gần a- Vùng tuyến tính dưới; b- Vùng phi tuyến; không đáng kể c- Vùng tuyến tính trên; B- Điểm nhọn; A- Điểm làm việc * Van chèng sÐt «xýt kÏm kiĨu exlimo h·ng ABB chế tạo (hình 7.27) Với cố trầm trọng, dòng điện lớn chạy thời gian dài, van bị tải, gây vỡ sứ, ống thoát áp suất nhanh chóng mở, đảm bảo an toàn cho van nơi có dòng điện ngắn mạch lớn, người ta nối song song chồng điện trở Ngoài vỏ cách điện sứ, người ta sử dụng cách điện vật liệu pôlyme, tăng độ bền giảm kích thước van trạm đóng cắt hợp loại cách điện khí, người ta sử dụng loại van chống sét có vỏ bọc kim loại, cách điện bên khí SF6 Khi chọn thiết bị chống sét, cần ý thông số sau: - Uđmcs= Uđm - Loại điện áp - Dòng điện ngắn mạch lưới điểm đặt Hình 7.27 van chống sét ôxýt kẽm kiểu chống sét phải nhỏ dòng ngắn mạch mà exlimo hÃng ABB chế tạo 1- Đầu nối cao áp; 2- Cơ cấu xả áp suất; 3chống sét chịu Chồng điện trở óit kẽm; 4- Sứ cách điện; 5Đầu nối đất; 6- ống thoát ¸p suÊt Câu hỏi, tập chương C©u 1: Ph©n loại cầu dao cách ly, phân tích cấu tạo nguyên lý làm việc cầu dao cách ly kiểu khung truyền cách lựa chọn cầu dao cách ly Câu 2: Phân loại máy cắt, phân tích cấu tạo nguyên lý làm việc máy cắt dầu máy cắt khí SF6 ; cách lựa chọn máy cắt Câu 3: Phân loại chống sét, phân tích cấu tạo nguyên lý làm việc chống sét van cách lựa chọn chống sét Câu 4: Giải thích ký hiệu có nhÃn khí cụ điện 147 ... bền khí cao, tải hay ngắn mạch dòng điện lớn làm khí cụ điện bị hư hỏng hay biến dạng - Vật liệu cách điện tốt để xảy điện áp phạm vi cho phép, khí cụ điện không bị chọc thủng - Ngoài khí cụ điện. .. động học nhiệt đến khả dẫn từ thép kỹ thuật điện 49 Phần 2: KHÍ CỤ ĐIỆN Ch¬ng 4: C¬ së lý thuyết khí cụ điện 4.1 Phân loại yêu cầu khí cụ điện 4.1.1 Khái quát phân loại 1/ Khái quát Khí cụ điện. .. cách điện 2.1.1 Điện trường Mục đích cách điện trì khả cách điện vật liệu cách điện đặt điện trường tránh tượng sau: - Phóng điện vật liệu cách điện - Đánh thủng toàn phần phận bên vật liệu -