Cách điện trong khí cụ điện

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN

1.5. Cách điện trong khí cụ điện

Cách điện đóng một vai trò rất quan trọng trong KCĐ. Độ tin cậy, kích thước, khối lượng và giá thành của KCĐ phụ thuộc vào cách điện, nhất là với các TBĐ có điện áp từ 1000V trở lên. Trong TBĐ có các loại cách điện sau: cách điện giữa các pha, cách điện giữa pha với đất, cách điện giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh của một pha. Vật liệu cách điện thường dùng có 3 loại: cách điện rắn, cách điện lỏng (như dầu máy biến áp), cách điện khí như (không khí, khí SF6, hay chân không) hoặc tổ hợp của các loại trên.

Cách điện của TBĐ phụ thuộc vào điện áp định mức của chúng. Uđm là điện áp dây của hệ thống điện 3 pha, được tính theo trị hiệu dụng mà thiết bị điện có cấp điện áp tương ứng phải làm việc lâu dài ở hệ thống điện đó. Với các thiết bị điện một chiều, điện áp định mức được hiểu là điện áp nguồn cấp cho thiết bị.

Với điện áp đến 1000V: 6, 12, 24, 36, 48, 60, 110, 220, 380, 440, 660 V.

Với điện áp trên 1000V: 3, 6, 10, 15, 22, 35, 36, 75, 110, 220, 330, 500, 750 kV

Đặc trưng cho cách điện là khi có một điện áp đủ lớn đặt lên nó với thời gian xác định, sẽ có sự phóng điện giữa hai điện cực làm cách điện bị hỏng và sẽ tạo ra cầu dẫn điện giữa chúng. Quá trình phóng điện có thể đánh thủng chất điện môi hoặc phóng trên bề mặt cách điện.

1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cách điện Khi làm việc, cách điện bị các tác động sau:

- Tác động của điện trường do điện áp gây lên, đó là điện áp định mức của lưới điện, quá điện áp do thao tác và quá điện áp có nguồn gốc khí quyển. Quá điện áp do thao tác thường xảy ra khi: một pha chạm đất; cắt tải có điện áp lớn (như cắt máy biến áp công suất lớn không tải); cắt dòng điện một chiều của các thiết bị chỉnh lưu công suất lớn; cắt tải điện dung hoặc đường dây dài không tải.

24 - Tác động nhiệt do sự thay đổi nhiệt độ của môi trường và nhiệt độ do tổn hao công suất trong TBĐ gây lên. Với chất cách điện rắn nhiệt độ tăng sẽ làm giảm tuổi thọ của cách điện và có thể gây rạn nứt, hỏng hóc cục bộ thiết bị. Với chất cách điện lỏng và khí, khi nhiệt độ thay đổi trong một phạm vi nhất định làm nước bị bốc hơi nên độ bền điện lại tăng.

- Tác động cơ học lên cách điện do phương pháp cố định cách điện, mối liên kết cơ học của cách điện với các phần tử khác, lực điện động khi ngắn mạch tác động lên cách điện… Dưới tác dụng của lực cơ học sẽ gây ra ứng suất cơ học trong cấu trúc vật liệu cách điện làm thay đổi hằng số điện môi và độ dẫn điện của chất điện môi. Nếu dạng ứng suất thích hợp có thể làm tăng độ bền điện. Ngược lại có thể gây yếu, phá hỏng cách điện.

- Tác động của môi trường: độ ẩm, bụi, bẩn, tác nhân hoá học, áp suất khí quyển… Các nhân tố này chủ yếu tác động lên bề mặt của cách điện và thường làm giảm độ bền điện bề mặt. Tuy nhiên, đôi khi lại làm tăng độ bền điện vì nó làm tẩy rửa các bụi bẩn, muối khoáng bám trên bề mặt.

Ví dụ

Cho mạch từ như hình 1.3 có số vòng dây w = 1000 vòng mang dòng điện I = 2A, đường kớnh trung bỡnh mạch từ dtb = 5cm. Mạch từ cú độ từ thẩm àFe = 1000à0

và tiết diện SFe = 50mm2. Xác định từ thông trong mạch từ ở hình 1.3a và hình 1.3b khi khe hở  = 1mm.

Giải:

- Mạch từ hình 1.3a không có khe hở không khí nên theo định luật toàn dòng điện ta có: I.w = H.ltb

Với ltb = dtb và  = B.SFe = àFe.H.SFe

Nờn  = àFe.I.w.SFe/(dtb)

= 1000.4.10-7.2.1000.50.10-6/(.5.10-2) = 8.10-4(Wb) - Mạch từ hình 1.3b có khe hở không khí nên ta có:

I.w = H.ltb + H.

Vì khe hở rất nhở nên có thể coi B = B hay  = 

Do đó: I.w = 



Fe Fe.ltb 0SFe. S

 



Nên:  = 



 



 

0

/ .

. 



tbFe

Fe

S l w

I = 1,1.10-4 (Wb)

25 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 1

Câu hỏi

Câu 1: Quá trình hình thành lực hút điện từ trong nam châm điện. Lực điện từ phụ thuộc vào những yếu tố nào? Giải thích các phương pháp chống rung trong nam châm điện xoay chiều?

Câu 2: Nhiệt độ có ảnh hưởng như thế nào đến tuổi thọ của thiết bị điện? Các loại tổn hao sinh ra nhiệt trong thiết bị điện?

Câu 3: Các yếu tổ ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc? Các loại vật liệu thường dùng làm tiếp điểm hiện nay?

Câu 4: Nguyên nhân sinh ra hồ quang điện trong thiết bị điện? Các biện pháp thông dụng để dập tắt hồ quang?

Câu 5: Các yếu tố ảnh hưởng đến cách điện của thiết bị điện?

Bài tập

Bài 1: Cho mạch từ 1 chiều như hình 1.1 có các thông số như sau: tiết diện cực từ S = ab = 1215(mm2), chiều dài trung bình mạch từ ltb = 10cm, cuộn dây có số vòng dây w = 1000 vòng, dòng điện I = 0,5A, khe hở không khí làm việc  = 1mm.

a. Tính từ dẫn tại khe hở không khí làm việc khi bỏ qua từ thông tản.

b. Tính từ thông trong mạch từ. Biết mạch từ được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện và có đường cong từ hóa như hình 1.2 làm việc tại vùng không bão hòa,.

c. Tính lực hút điện từ tác dụng lên nắp và độ cứng lớn nhất của lò xo để nắp bị hút về lõi.

Hướng dẫn:

a. Dùng công thức tính từ dẫn tại khe hở không khí.

b. Coi đoạn từ điểm gốc đến điểm bào hòa của thép KTĐ (H = 500At.m, B = 1,5T) là thẳng để tìm quan hệ B – H.

c. Tính lực điện từ theo công thức Macxoen chú ý mạch từ có 2 khe hở không khí làm việc và độ dãn của lò xo chính bằng .

Bài 2: Cho mạch từ như hình vẽ gồm ba cuộn dây: Cuộn 1 có W1 = 2000vòng, I1 = 0,5A, cuộn 2 có W2 = 400vòng; cuộn 3 có W3 = 1000vòng, I3 =0,9A. Biết tiết diện S = 10cm2, chiều dài lõi thép l = 50cm, từ thông  = 1,5.10-3Wb.

Quan hệ B(H) của thép cho trong bảng dưới đây.

Tính dòng điện I2.

i2

i1

i3

W1

W2 W3



26

B(T) 1,3 1,35 1,4 1,5

H(At/m) 600 900 1200 3000 Hướng dẫn:

Áp dụng định luật toàn dòng điện .

Cách tra bảng: từ  ta tìm được B. Nếu B là các giá trị cho trong bảng thì dễ dàng tìm được H. Nếu B không có trong bảng thì ta dùng phương pháp nội suy: coi khoảng chứa giá trị của B là tuyến tính.

Bài 4: Tính lực ép tiếp điểm cần thiết để có được điện trở tại chỗ tiếp xúc Rtx = 0,2 m. Biết tiếp điểm kiểu công son làm bằng bạc (Ag).

Kiểm tra lại kết quả theo công thức kinh nghiệm.

Hướng dẫn: Đây là dạng tiếp xúc điểm, tra bảng để tìm  và  của bạc.

27