Ch-ơng 5 Chọn buồng dập hồ quang 4.1. Khái niệm chung Trong các khí cụ điện (Cầu dao, relay, contactor, máy ngắt .v.v.), khi đóng hoặc ngắt mạch điện, hồ quang sẽ phát sinh trên tiếp điểm. Nếu để hồ quang cháy lâu, các khí cụ điện và hệ thống điện sẽ bị h- hỏng, vì vậy cần phải nhanh chóng dập tắt hồ quang. Bản chất của hồ quang điện là hiện t-ợng phóng điện trong chất khi với mật độ dòng điện rất lớn (10 4 10 5 A/cm 2 ), có nhiệt độ rất cao (5000 6000 0 C) và điện áp rơi trên cathode bé (10 20 V). Hồ quang phát sinh là do môi tr-ờng giữa các cặp tiếp điểm bị ion hóa bao gồm các dạng: - Quá trình phát xạ nhiệt điện tử - Quá trình tự phát xạ điện tử - Quá trình ion hóa do va chạm - Quá trình ion hóa do nhiệt Song song với quá trình ion hóa là quá trình phản ion hóa (tái hợp và khuếch tán). Nếu quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa thì hồ quang sẽ bị dập tắt. Vì vậy, nguyên tắc dập hồ quang là tăng c-ờng quá trình phản ion hóa bằng các biện pháp: - Kéo dài hồ quang - Hồ quang tự dinh ra năng l-ợng để dập tắt - Dùng năng l-ợng ở nguồn ngoài để dập tắt - Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập tắt - Mắc điện trở Sunt để dập tắt 4.2. Hồ quang điện xoay chiều Đặc điểm của hồ quang điện xoay chiều là cứ sau một nửa chu kỳ, dòng điện qua trị số i = 0. Tại thời điểm i = 0, quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa, khi đó dễ dàng dập tắt hồ quang. Theo đó thì hồ quang điện xoay chiều cháy trong khoảng 1 nửa chu kỳ. Đối với khí cụ điện hạ áp, các trang bị dập hồ quang th-ờng là: - Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí - Dùng cuộn dây thổi từ - Dùng buồng dập hồ quang kiểu khe hẹp - Dùng buồng dập hồ quang kiểu dàn dập Qua phân tích và tham khảo thực tế, đối với Công tắc tơ xoay chiều chọn buồng dập hồ quang kiểu dàn dập. Trong buồng dập hồ quang ở phía trên có đặt nhiều tấm sắt từ. Khi hồ quang cháy, do lực điện động, hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và chia ra làm nhiều đoạn ngắn. Lực điện động sẽ càng đẩy hồ quang đi sâu vào, đồng thời các tấm sắt từ còn có tác dụng tản nhiệt hồ quang làm hồ quang dễ bị dập tắt. Yêu cầu đối với buồng dập hồ quang: - Thời gian dập tắt hồ quang rất ngắn - Tốc độ mở tiếp điểm lớn - Năng l-ợng hồ quang lớn, điện trở hồ quang tăng nhanh - Tránh hiện t-ợng quá điện khi dập tắt 4.3. Kết cấu buồng dập hồ quang 4.3.1 Vật liệu Vật liệu làm buồng dập hồ quang phải đảm bảo các tính chất: chịu nhiệt, cách điện, chống ẩm và có độ nhắn bề mặt. Theo (TL1) ta có thể chọn vật liệu ép chịu hồ quang. Loại vật liệu này có tính chịu nhiệt, chịu hồ quang cao, cách điện tốt và đạt đ-ợc độ nhẵn bóng bề mặt. Theo đó ta chọn vật liệu làm bằng thép ít cacbon thỏa mãn các yêu cầu trên và còn có tính hút từ mạnh về phía buồng dập hồ quang. 4.3.2 Kết cấu hình vẽ 4.3.3. Tính toán Bề dày một tấm : t = 2 mm Khoảng cách giữa các tấm : = 8 mm Số l-ợng các tấm ở đặc tính không dao động đ-ợc tính theo công thức kinh nghiệm: n tk 0,6 + Error! Trong đó: K đm = 0,9 K sđ 1 - cos 0 Với tiếp điểm 1 pha 2 chỗ ngắt nên K sđ = 0,865 0 : độ lệch pha của dòng điện và điện áp khi đóng chọn cos 0 = 0,8 K đm = 0,9 . 0,865. 0 2 = 0,348 K 2 = Error! Với K 0 t = Error! T = 273 + 0,018.I ng . z Chọn Z = 64 => T = 273 + 0,018.195.8 = 321,08 0 => K 0 t = Error! = Error!= 1,46.10 6 L = Error! = Error!. Error! = Error!. Error! = 0,00392H Theo đó: k 2 = Error! = 148,03 U 0 ph = U 0 t . n - 0 6 U 0 t = 72 + 0,72. 1 = 72 + 0,72.8 = 77,76V U 0 hq = (110 + 0,003.I ng ). (0,7 + 0,046. t ) = (110 + 0,003.195) . (0,7+0,46.8) = 114,965 V Theo đó: N 0 = 0,6 + Error! = 0,6 + Error! = 0,896 Nh- vậy ta chọn số tấm kim loại là: n tk = 4. Và có 2 tấm dự trữ tức n = 6 tấm. Tần số riêng của mạch ngắt đ-ợc xác định: f 0 = Error!(A + B. P 3/4 dm ) Với A= 15000; B= 3000 P dm = 400 . 65 . 0,8= 20800W => f 0 = Error!(15000 + 3000.20800 3/4 ) = 4,95.10 6 (Hz) Điện áp hồ quang là: U hq = 114,965 . 6 - 0 6 = 267,15 V Chiều dài nhỏ nhất của các tấm dập hồ quang: l t 1,73 . 2 t . t hq . 3 ;I ng = 1,73.0,8 2 . 3 ;195 . 0,02 = 0,1284 cm = 1,284 mm Trong đó t = 8 mm = 0,8 cm Với dòng xoay chiều ta chọn t hq = t hqmax = 0,02s Kiểm tra điều kiện: f 0 Error!= Error! = 5805 Theo đó điều kiện bài ra đ-ợc thỏa mãn . Với A= 150 00; B= 3000 P dm = 400 . 65 . 0,8= 20800W => f 0 = Error!( 150 00 + 3000.20800 3/4 ) = 4, 95. 10 6 (Hz) Điện áp hồ quang là: U hq = 114,9 65 . 6. vật liệu ép chịu hồ quang. Loại vật liệu này có tính chịu nhiệt, chịu hồ quang cao, cách điện tốt và đạt đ-ợc độ nhẵn bóng bề mặt. Theo đó ta chọn vật liệu