MỤC LỤC
Khi thiết kế tính toán mạch vòng dẫn điện của máy ngắt cần chú ý: Do máy ngắt làm việc với dòng điện và điện áp cao nên các tác tác động nhiệt và các tác động điện động là rất lớn sẽ gây ra phát nóng từng bộ phận và gây ra phụ tải điên động lớn quá khả năng cho phép. Trong thực tế, ngoài chế độ làm việc bình thờng có nghĩa làm việc với dòng định mức ( Idm ) máy ngắt còn làm việc với dòng ngắn mạch trong thời gian rất ngắn ( 5 – 10 s ). Mặc dù khi có sự cố bộ truyền động nhanh chóng ngắt mạch trong thời gian rất ngắn nhng với thời gian đó cũng đủ để làm nóng các bộ phận mang điện của máy ngắt. Để đảm bảo an toàn cho máy ngắt làm việc thì phải chọn hình dáng, kích thớc kết cấu của bộ phận dẫn điện sao cho phù hợp để sự phát nóng của chúng không vợt quá nhiệt độ cho phép. Nừu nhiệt độ phát nóng của chúng lớn hơn nhiệt độ cho phép thì chúng sẽ h hỏng, cách điện chóng già cỗi và dẫn đến tuổi thọ máy giảm. Đối với tiếp điểm thì. sẽ bị hàn dính, chảy mòn tiếp điểm. Yêu cầu của mạch vòng dẫn điện:. + Với dòng điên định mức chảy trong mạch vòng dẫn điện thì nhiệt độ phát nóng của chi tiết mạch vòng không đợc vợt quá nhiệt độ cho phép. + Chịu đợc dòng điện ngắn mạch trong những thời gian nhất định. + Lựa điện động sinh ra khi có dòng ngắn mạch chạy qua không phá hỏng kết cấu của mạch vòng dẫn điện. Đầu nối tiếp xúc là phần tử quan trọng của khí cụ điện nói chung và máy ngắt nói riêng, nó có tác dụng nối các bộ phận dẫn điện để đa điện vào. Do vậy khi thiết kế cần chú ý đầu nối cho phù hợp đặc biệt là trong cao áp. Có thể chia đầu nối làm hai loại. + Các cực để nối với dây dẫn bên ngoài. + Mối nối các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện Các yêu cầu đói với mối nối:. + Đầu nối phải đảm bảo đủ độ bền nhiệt và độ bền điện động + Năng lợng tổn hao nhỏ. + ở chế độ làm việc dài hạn nhiệt độ làm việc không vợt quá nhiệt độ cho phÐp. * Tính toán lựa chọn mối nối. Từ sơ đồ máy ngắt đã chọn ta có kết cấu của các mối nối nh sau. Việc lựa chộn kích thớc mối nối phụ thuộc vào dòng làm việc định mức của khí cụ điện:. Với dòng định mức Idm = 1000A tra bảng 2-19TKKCĐHA chọn mối nối dạng bu lông bằng thép không dẫn điện có đờng kính hệ ren là 4x16mm. III) Tính toán thanh dẫn.
+ ở chế độ làm việc dài hạn nhiệt độ làm việc không vợt quá nhiệt độ cho phÐp. * Tính toán lựa chọn mối nối. Từ sơ đồ máy ngắt đã chọn ta có kết cấu của các mối nối nh sau. Việc lựa chộn kích thớc mối nối phụ thuộc vào dòng làm việc định mức của khí cụ điện:. Với dòng định mức Idm = 1000A tra bảng 2-19TKKCĐHA chọn mối nối dạng bu lông bằng thép không dẫn điện có đờng kính hệ ren là 4x16mm. III) Tính toán thanh dẫn. Với kết cấu chọn nh trên, than dẫn trong máy ngắt đợc làm bằng đồng kéo nguéi. Các thông số của đồng kéo nguội:. Nhiệt độ làm việc cho phép của đồng trong chân không là:. KT : là hệ số toả nhiệt của thanh dẫn, thanh dẫn đồng làm việc thẳng. θ là nhiệt độ của thanh dẫn ở chế độ làm việc dài [οC ]. Trong chân không ta chọn nhiệt độ làm của thanh dẫn là: θ = 70οC. θ0 là nhiệt độ của môi trơng xung quanh:. Thanh dẫn tĩnh có dạng hình trụ tròn đặc biệt nên:. Thay số vào ta có:. Đây là đờng kính cho phép nhỏ nhất của thanh dẫn. Để đảm bảo thanh dẫn làm việc tin cậy và bền vững ta chọn đờng kính thanh dẫn tĩnh:. Với kích thớc đã chọn diện tích tiết diện thực tế của thanh dẫn tĩnh:. - Thanh dẫn động gắn với tiếp điểm động, kết cấu của thanh dẫn động có hình trụ giống nh thanh dẫn tĩnh. - Chọn vật liệu làm thanh dẫn động là đồng kéo nguội nh đối với thanh dẫn tĩnh. - Theo kết cấu của máy ngắt đã chọn thì thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh có tiết diện nh nhau. 3) Phần thanh dẫn đ a điện ra từ thanh dẫn động (có thể thay thế bằng.
- Theo kết cấu của máy ngắt đã chọn thì thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh có tiết diện nh nhau. 3) Phần thanh dẫn đ a điện ra từ thanh dẫn động (có thể thay thế bằng.
- Theo kết cấu của máy ngắt đã chọn thì thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh có tiết diện nh nhau. 3) Phần thanh dẫn đ a điện ra từ thanh dẫn động (có thể thay thế bằng. Vậy thanh dẫn tính toán thoả mãn điều kiện làm việc dài hạn. b) Chế độ ngắn mạch. Chế độ ngắn mạch thì dòng điện chảy qua thanh dẫn có trị số rất lớn, do. đó thanh dẫn phải có độ bền nhiệt và độ bền điện động sao cho khi dòng ngắn mạch chạy qua thanh dẫn không bị phá huỷ. Do kết cấu của máy ngắt đã đợc chọn lực điện động xảy ra trong quá trình ngắn mạch tác động lên thanh dẫn là lớn và không ảnh hởng nhiều đến thanh dẫn nên ta chỉ cần kiểm tra độ bền nhiệt của thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch. Hiện tợng ngắn mạch xảy ra trong một khoảng thời gian rất ngắn nên có thể coi quá trình ngắn mạch là quá trình đoạn nhiệt, không có sự toả nhiệt ra ngoài. Khi ngắn mạch xảy ra máy ngắt sẽ có thể cha cắt ngay vì có thể hiện tợng ngắn mạch chỉ xảy ra tức thời. Trong khoảng thời gian ngắn mạch cho phép dó thì thanh dẫn phát nóng rất cao, nêu vợt quá nhiệt cho phép thì thanh dẫn sẽ bị mất đi độ bền cơ và máy ngắt có thể bị hỏng. Do đó ta cần phải kiểm tra thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch xem thanh dẫn có thoả mãn điều kiện làm việc cho phép khi ngắn mạch xảy ra hay không. Với thanh dẫn bằng đồng thì nhiệt độ làm việc cho phép ở chế độ ngắn hạn là 250οC. Theo bài ra máy ngắt phải ngắt dòng điện có giá trị lớn gấp 10 lần giá trị dòng điện định mức, tức là máy ngắt phải ngắt đợc dòng ngắn mạch có trị số là:. Ta kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch trong khảng thời gian cho phép là 1s, 2s, 3s, 5s,10s với dòng ngắn mạch nh trên. Với thanh dẫn đã chọn và tính toán ở trên thì mật độ dòng điện ở chế độ ngắn mạch là:. R là điện trở của thanh dẫn lúc ngắn mạch, R đợc tính theo công thức:. Kph là hệ số tổn hao phụ tính đến hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần. iF dt J dt KC γρ βαθθ dθ. Lấy tích phân hai vế ta đợc kết quả. Aθnm, Aθ0là hai giá trị của tích phân hai vế bên phải, θ0là nhiệt độ của thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn, θ =60οC. Từ biểu thức trên ta tính ra đợc các giá trị mật độ dòng điện khi làm việc ở chế độ ngắn mạch với thời gian cho phép:. Từ bảng kết quả trên ta thấy rằng mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi sảy ra ngắn mạch nhỏ hơn trị số dòng điện cho phép. Vậy thanh dẫn có thể chụi đ- ợc ngắn mạch. Nh vậy thanh dẫn thiết kế thoả mãn điều kiện làm việc dài hạn và ngắn hạn và ngắn mạch. Kết luận: Thanh dẫn với các kích thớc đã chọn:. IV) Tính toán tiếp điểm 1)Khái quát chung. Các tiếp điểm cố địng và di động là một trong những chi tiết quan trọng nhất của máy ngắt. Tiếp điểm của máy ngắt làm việc trong những điều kiện hết sức phức tạp, vì. trong quá trình đóng cắt giữa các tiếp điểm phát sinh hồ quang có thể làm chảy và cháy tiếp điểm. Ngoài ra quá trình làm việc bình thờng của tiếp điểm do điện trở tiếp xúc tăng tiếp điểm bị phát nóng do đó thờng xuyên xảy ra hao mòn và hàn dính tiếp điểm. + Khi làm việc dài hạn với dòng điện định mức tiếp điểm không phất nóng quá. trị số nhiệt độ cho phép. + Phải ổn định đối với tác động nhiệt và điện động của dòng điện ngắn mạch nghĩa là dòng điện ngắn mạch hoặc đóng máy ngắt vào ngắn mạch không xảy ra dập nát hoặc nóng chảy tiếp điểm. + Khi làm việc với dòng định mức và khi đóng ngắt dòng điện trong giới hạn cho phép tiếp điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất và độ rung của tiếp. điểm không đợc lớn hơn trị số cho phép. *) Quá trình thiết kế tiếp điểm tuân theo trình tự sau:. + Chọn dạng kết cấu tiếp điểm. + Chọn vật liệu và kích thớc cơ bản của tiếp. + Xác định lực ép tiếp điểm, nhiệt độ làm việc của tiếp điểm, điện trở tiếp xúc, và điện áp rơi trên tiếp điểm ở chế độ làm việc chính. + Xác định các thông số về độ rung của tiếp điểm và các biện pháp giảm rung. + Xác định độ chịu mòn của tiếp điểm và các biện pháp giảm sự ăn mòn 2)Lựa chọn kết cấu tiếp điểm. - Kết cấu của tiếp điểm: Do dòng điện làm việc của máy ngắt tơng đối lớn Iđm = 1000A nên chọn tiếp điểm dạng tiếp xúc mặt, lực ép tiếp điểm đợc tạo ra bởi lò xo ép tiếp điểm. Mặt khác do dòng lớn nên để đảm bảo cho lò xo làm việc an toàn nên dòng điện không đi qua lò xo ép tiếp điểm. - Trong quá trình làm việc khi hai tiếp điểm tiếp xúc với nhau thực tế là chỉ có một số điểm trên bề mặt tiếp điểm thực sự tiếp xúc với nhau, do đó dòng điện. đi qua tiếp điểm bị thu hẹp lại và đây chính là nguyên nhân phát sinh lực điện. động giữa hai tiếp điểm. Lực này có xu hớng đẩy hai tiếp điểm ra xa nhau làm cho diện tích tiếp xúc bị thu nhỏ và làm tăng diện tích tiếp xúc. Để đảm bảo cho tiếp điểm làm việc an toàn thì đối với dòng điện tơng đối lớn nh trên ta xẻ các rãnh trên bề mặt tiếp xúc. Khi lực điện động xuất hiện trong quá trình làmg việc. thì nó đợc đảy qua các rãnh này, các tiếp điểm tiếp xúc với nhau một cách an toàn. 3)Chọn vật liệu làm tiếp điểm. Với dòng định mức của máy ngắt tơng đối lớn ta chọn vật liệu làm tiếp. điểm là đồng Cadimi có các đặc tính kỹ thuật đáp ứng đợc yêu cầu. *) Các thông số của đồng Cadimi. Ký hiệu MK. Nhiệt độ làm việc cho phép của đồng trong chân không là [θ]: 750C 4)Xác định kích th ớc tiếp điểm. - Chiều cao buồng dập hồ quang: Từ kết quả của phần tính toán cách điện ta có đợc chiều cao của buồng dạp hồ quang là: h= 35 ( cm ). - Đờng kính trong của buồng dập hồ quang:. Dtd đờng kính tiếp điểm. S5 Khoảng cách cách điện từ tiếp điểm tới thành bình buồng dập hồ quang. - Bề dày thành bình buồng dập hồ quang: Để đảm bảo độ bền kết cấu ta chọn bề dày thành bình buồng dập hồ quang là 5mm. - Đờng kính của các lá thép lò xo: Các lá thép lò xo có tác dụng duy trì môi trờng chân không trong buồng dập hồ quang. Ta chọn đờng kính của lá thép này là:. Buồng dập hồ quang thiết kế có các thông số sau:. Bề dày thành bình buồng dập hồ quang là 5mm Đờng kính của lá thép lò xo la Dlx = 105mm IV) Kiểm nghiệm buồng dập hồ quang. Khi hồ quang cháy thì điện áp giữa hai tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh bị giảm. Sau khi hồ quang bị dập tắt, điện áp giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh sẽ tăng dần trở lại điện áp pha. Do sau khi hồ cháy thì một số phần tử khí trong môi trờng chân không bị ion hoá tạo thành các phân tử mang điện do đó. độ bền điện không còn đợc đảm bảo. Để hồi phục lại độ bền điện của chân không cần phải mất một thời gian nhất định. Trong thời gian này có thể bị phóng điệ trở lại. Do đó để hồ quang lập lại sau khi tắt thì tốc độ tăng độ bền cách điện phải lớn hơn tốc độ phục hồi điện áp, tức là thổa mãn điều kiện. là tốc độ phục hồi điện áp. Tốc độ tăng độ bền cách điện. Giả sử quá trình phục hồi điện áp là quá trình không dao động. Ta kiểm tra điều kiện phóng điện lập lại ở khoảng thời gian dài sau khi tắt hồ quang. Quá trình phục hồi điện áp giữ tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh Xét lại khoảng thời gain đủ dài ta có điện áp phục hồi. Trong đó: Uph: Độ bền điện phục hồi khoảng thời gian trạnh thái làm lạnh khi. áp suất khí và chiều dài khoảngkhông gian đã cho. T: là hằng số thời gain 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. Từ đồ thị ta có độ bền điện phục hồi khoảng không gian trong trạng thái làm lạnh khi áp suất của môi trờng chân không và chiều dài khoảng không gian đã cho. điểm động và tiếp điểm chíng lớn hơn nhiều so với điện áp phục hồi. Hồ quang sau khi tắt không thể cháy lập lại đợc. tính lực điện động. I) Tính toán các lc.
Quá trình phục hồi điện áp giữ tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh Xét lại khoảng thời gain đủ dài ta có điện áp phục hồi. Trong đó: Uph: Độ bền điện phục hồi khoảng thời gian trạnh thái làm lạnh khi. áp suất khí và chiều dài khoảngkhông gian đã cho. T: là hằng số thời gain 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. Từ đồ thị ta có độ bền điện phục hồi khoảng không gian trong trạng thái làm lạnh khi áp suất của môi trờng chân không và chiều dài khoảng không gian đã cho. điểm động và tiếp điểm chíng lớn hơn nhiều so với điện áp phục hồi. Hồ quang sau khi tắt không thể cháy lập lại đợc. tính lực điện động. I) Tính toán các lc. - Yêu cầu đối với lò lo tiếp điểm: Tạo đợc lực ép tiếp điểm đủ lớn ngay cả ở những lần đóng ngắt cuối khi tiếp điểm bị mòn.