Tài liệu Chương 6: Tính toàn buồng dập hồ quang ppt

Đồ án môn khí cụ điện cao áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 1 Ch-ơng 6: Tính toàn buồng dập hồ quang Trong máy ngắt cao áp thiết bị dập hồ quang là bộ phận quan trọng nhất, khi ngắt mạch điện ở đó xảy ra các quá trình cơ bản dập hồ quang và tiếp theo đó là phục hồi độ bền điện giữa các khoảng cách tiếp điểm. Quá trình xảy ra rất phức tạp phụ thuộc vào sự làm việc của kiểu thiết bị dập hồ quang, phụ thuộc khả năng dập hồ quang của thiết bị và phụ thuộc vào đặc tuyết V-A của quá trình đó. Dạng đặc tuyến của quá trình này phụ thuộc vào nguyên tắc tác động của thiết bị và vào các đặc điểm kết quả từng chi tiết của nó. Tính và thiết kế thiết bị dập hồ quang là một trong các nhiệm vụ quan trọng của thiết kế máy ngắt. Trong tính toán cần phải xác định các tham số của thiết bị và các đặc tuyến của nó: Các tham số của thiết bị dập hồ quang gồm: - Số l-ợng và kích th-ớc chính của các đ-ờng rãnh dập hồ quang. - Số l-ợng, vị trí t-ơng hỗ và trị số các khoảng cách giữa các tiếp điểm trong lúc dập tắt hồ quang cũng nh- kích th-ớc, hình dáng của tiếp điểm tạo thành các khoảng cách. Các đặc tuyến của thiết bị dập hồ quang gồm: - Đặc tuyến tốc độ chuyển động của tiếp điểm dập hồ quang và của van (nếu có). - Trị số lớn nhất của đặc tuyến thay đổi áp suất của môi tr-ờng tạo thành khí trong vùng dập hồ quang. - Tốc độ cháy của môi tr-ờng dập hồ quang trong vùng dập hồ quang ở từng giai đoạn dập hồ quang. - Tốc độ chuyển dịch của thân hồ quang trong từ tr-ờng (nếu áp dụng dập hồ quang bằng điện từ). - Sự thay đổi điện áp trên hồ quang và năng l-ợng thải ra trong hồ quang. - Sự thay đổi trạng thái (độ dẫn từ, độ bền điện, nhiệt độ,) mà gọi là thân d- ở cuối nửa chu kì của dòng điện và sự phục hồi độ bền điện của khoảng cách giữa các tiếp điểm. Đồ án môn khí cụ điện cao áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 2 Một số đặc tuyến: - Tốc độ chuyển động của tiếp điểm. - áp lực của không khí hay khí tác động vào đầu rìa của tiếp điểm động, đ-ợc sử dụng làm tham số cho tr-ớc để tính toán các khâu khác của máy ngắt liên quan đến các tiếp điểm của thiết bị dập hồ quang (truyền động cơ khí, truyền động bình chứa không khí, van). Nh- vậy tính chính xác kích th-ớc các chi tiết của thiết bị dập hồ quang phải tiến hành tr-ớc khi tính và gia công các khâu của máy ngắt. Thiết bị dập hồ quang điện máy ngắt phải thỏa mãn yêu cầu: + Dập tắt hồ quang điện chắc chắn ở các điện áp định mức cho tr-ớc, khi ngắt các dòng điện giới hạn (có khi đến chục kA) trong thời gian nhất định. + Dập hồ quang điện chắc chắn và nhanh, không cháy lặp lại khi ngắt các dòng điện dung của đ-ờng dây không tải và của các dòng điện kháng của máy biến áp không tải. + Làm việc ổn định không thay đổi các đặc tuyến đoạn đầu trong thời gian vận hành đã quy định và số lần đóng cắt đã quy định. + Kết cấu đơn giản, dễ gia công và thuận tiện trong vận hành. + Tiêu hao môi tr-ờng dập hồ quang (chất lỏng, không khí nén hay khí) hoàn thành thao tác quy định cần phải ít nhất. Trong khi tính toán và thiết kế bị dập hồ quang các tham số cho tr-ớc gồm: + Sơ đồ kết cấu của thiết bị. + Loại và tính chất của môi tr-ờng dập hồ quang. + Điện áp định mức đặt vào tất cả các khoảng cách của máy ngắt đóng liên tiếp giữa các tiếp điểm với nhau và phân bố điện áp giả định (hay đã tính tr-ớc) theo từng khoảng cách riêng. + Trị số dòng điện ngắt giới hạn lớn nhất và công suất ngắt định mức. + Tần số của thành phần quá độ điện áp phục hồi và hệ số tăng biên độ. + Dòng điện phụ tải của hệ thống tiếp điểm thiết bị dập hồ quang khi làm việc dài hạn. + áp suất khí cho tr-ớc trong bình chứa và trong các ống dẫn khí. Đồ án môn khí cụ điện cao áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 3 + Thời gian dập hồ quang và chu trình thao tác quy định. + Giả định các bố trí thiết bị dập hồ quang trong máy ngắt. Thiết bị dập hồ quang của máy cắt SF6 có tác dụng dập tắt hồ quang một cách nhanh chóng để tiếp điểm và các bộ phận khác không bị hồ quang làm nóng chảy dẫn đến hỏng máy cắt. + Thiết bị dập hồ quang của máy ngắt SF6 đ-ợc thực hiện trong dạng buồng kín, đ-ợc đổ đầy khí SF6 và trong đó có chứa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động. + Khí SF6 có khả năng dập hồ quang và có độ bền điện tốt do đó có khả năng chế tạo những buồng dập hồ quang dòng điện lên đến 80KA và điện áp lên đến 800KV. + Kích th-ớc buồng dập hồ quang máy cắt SF6 nhỏ gọn hơn máy cắt dầu, máy cắt không khí. Nguyên lý dập hồ quang: + Ph-ơng pháp thổi từ: dùng cuộn thổi từ thổi hồ quang, ph-ơng pháp này phức tạp cho nên hiện nay ít đ-ợc dùng. + Ph-ơng pháp tự thổi: ng-ời ta tạo ra các kết cấu sao cho khi tiếp điểm chuyển động tự nó sinh ra sự chênh lệch áp suất và khí SF6 đ-ợc thổi vào hồ quang. Ph-ơng pháp này đơn giản nên hiện nay đ-ợc dùng phổ biến. Một trong những cơ cấu đ-ợc dùng rộng rãi là cơ cấu pittông - tiếp điểm. Ta có thể thổi hồ quang dọc trục hoặc ngang trục tiếp điểm: - Thổi ngang cho hiệu quả cao tuy nhiên kích th-ớc của buồng dập hồ quang lớn. - Thổi dọc cách thổi này cho hiệu quả thấp hơn ph-ơng pháp thổi ngang nh-ng kích th-ớc buồng dập hồ quang có thể đ-ợc thu nhỏ do đó nó đ-ợc sử dụng rất phổ biến. Căn cứ vào những phân tích trên ta chọn buồng dập hồ quang thực hiện theo ph-ơng pháp tự thổi, thổi ngang. * Tính toán và kiểm nghiệm buồng dập hồ quang - Chọn đ-ờng kính của pittông D = 15cm - áp suất của khí SF6 trong bình ở trạng thái ổn định (không xảy ra đóng cắt). Đồ án môn khí cụ điện cao áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 4 P bđ = 3 ata - Xét ở trạng thái cắt: Trong mỗi lần đóng cắt pittông chuyển động một khoảng l = S 2 + x Trong đó: S 2 = 10 cm là độ mở của tiếp điểm x = 3,5 cm là độ lún của tiếp điểm l = 10 + 3,5 = 13,5cm L-u l-ợng khí chảy qua lỗ thổi trong quá trình đóng cắt: t V Q Trong đó: V : là độ thay đổi thể tích khi cắt t : ta coi xấp xỉ bằng thời gian cắt t = 100 ms Xác định độ thay đổi thể tích: 3 22 cm23845,13. 4 15. h. 4 D. V = 2,38 (lít) L-u l-ợng khí 8,23 10 . 100 38,2 Q 3 (lít/giây) Xác định áp suất khi nén P nén - Xét ở trọng thái ngắt ta xác định áp suất của khí SF6 ở nửa bình phía tr-ớc pittông. P nén = bd 22 21 P. V V Với: P bd : là áp suất của khí SF6 trong buồng dập hồ quang ở trạng thái không đóng ngắt. Ta chọn P bd = 3 ata V 21 thể tích khí SF6 ở trên pittông V 22 thể tích khí SF6 ở d-ới pittông Tổng thể tích khí SF6 trong bình dập hồ quang Đồ án môn khí cụ điện cao áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 5 z. 4 D VV 2 2221 Trong đó z là chiều cao buồng dập hồ quang: z = 40 3 2 2221 cm706540. 4 15. VV = 7,065 (lít) (1) V 21 - V 22 = V = 2,38 (2) Từ (1) (2) suy ra V 21 = 7,72 (lít) V 22 = 2,345 (lít) áp suất khí nén ở phía d-ới pittông khi tiếp điểm động chuyển động hết hành trình: P nén = ata63. 345,2 72,4 P. V V bd 22 21 Nhận xét: Với áp suất này vận tốc của khí SF6 qua lỗ thổi khí có thể đạt đ-ợc vận tốc tới hạn Tính toán vận tốc thanh dẫn động: Từ đồ thị máy ngắt dầu vẽ đ-ờng đặc tính quan hệ giữa vận tốc thanh dẫn động và khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh của máy ngắt SF 6 gấp 1,5 lần. Tra đồ thị ta lấy vận tốc của thanh dẫn động là 4m/s Từ vận tốc tra đ-ợc ta tính thời gian chuyển động của thanh dẫn động: )ms(33)s(033.0 4 10.5,13 v h t 2 Đồ thị biểu diễn quan hệ v-s Kiểm nghiệm buồng dập hồ quang Sau khi hồ quang tắt điện áp giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh Đồ án môn khí cụ điện cao áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 6 Đồng thời độ bền điện của khí SF6 ở khoảng không giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tỉnh cũng đ-ợc phục hồi. Để hồ quang không cháy dập lại sau khi tắt thì phải thỏa mãn điều kiện: dt dU dt dU b ph Trong đó: dt dU ph : tốc độ phục hồi điện áp dt dU b : tốc độ tăng độ bền cách điện Giả sử quá trình phục hồi điện áp không giao động Ta kiểm tra điều kiện phóng điện lập lại ở khoảng thời gian đủ dài sau khi hồ quang tắt: Xét lại khoảng thời gian đủ dài ta có điện áp phục hồi: U ph = U max = 2 U đmf kV6,1924 3 2 U ph (I) Tính độ bền điện phục hồi: U phbđ = U phs (1 - T t e ) Trong đó: U max U hp Quá trình phục hồi điện áp giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh Đồ án môn khí cụ điện cao áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 7 U phs : độ bền điện phục hồi khoảng không gian trong trạng thái làm lạnh khi áp suất khí và chiều dài khoảng không gian đã cho. T : hằng số thời gian làm lạnh. Ta xét điều kiện để hồ quang không cháy lập lại tại khoảng thời gian đủ dài tính từ lúc hồ quang tắt U phbđ = U phs Từ đồ thị ta có độ bền điện phục hồi khoảng không gian trong trạng thái làm lạnh khi áp suất khí và chiều dài khoảng không gian đã cho U phs = 145 kV (II) Từ (I) và (II) ta thấy độ bền điện phục hồi khoảng không gian giữa tiếp điểm động và tiếp điểm chính lớn hơn rất nhiều so với điện áp phục hồi. . tr-ờng dập hồ quang trong vùng dập hồ quang ở từng giai đoạn dập hồ quang. - Tốc độ chuyển dịch của thân hồ quang trong từ tr-ờng (nếu áp dụng dập hồ quang. áp Đ-ờng Xuân Hùng - CH9 Trang 1 Ch-ơng 6: Tính toàn buồng dập hồ quang Trong máy ngắt cao áp thiết bị dập hồ quang là bộ phận quan trọng nhất, khi ngắt