Chng 17: Tính toán buồng dập hồ quang I. khái niệm chung : ở điều kiện bình th-ờng chất khí hầu nh- không dẫn điện và là môi tr-ờng cách điện tốt. Trong khí cụ điện khi đóng hoặc ngắt mạch, đặc biệt là khi ngắt mạch điện hồ quang sẽ phát sinh ở giữa từng cặp tiếp điểm của công tắc tơ. Hồ quang cháy toả ra một nhiệt l-ợng lớn, nếu không đ-ợc dập tắt kịp thời thì l-ợng nhiệt đó sẽ phát bỏng tiếp điểm, cách điện thậm chí phá hỏng kết cấu của thiết bị điện. Cho nên dập tắt hồ quang có ý nghĩa rất quan trọng đối với tuổi thọ và độ làm việc tin cậy của thiết bị. Trong hồ quang điện xoay chiều dòng điện qua trị số không hai lần trong một chu kỳ. Khi đó độ bền catot độ bền cách điện đ-ợc phục hồi. Do đó ng-ời ta lợi dụng hiện t-ợng này để thiết kế buồng dập hồ quang sao cho dòng điện dập tắt ngay sau khi dòng điên đi qua trị số không đầu tiên. Tuy nhiên hồ quang th-ờng không bị dập tắt ngay tại thời điểm đó. Khi dòng điện xoay chiều qua trị số không ở khu vực hồ quang đồng thời xảy ra hai quá trình mật thiết với nhau : +. Quá trình dập hồ quang: là quá trình iôn hoá tăng c-ờng. +. Quá trình tạo điều kiện cho hồ quang cháy lại: là quá trình phục hồi điện áp Đặc tr-ng cho quá trình thứ nhất là tốc độ tăng c-ờng cách điện và đặc tr-ng cho quá trình thứ hai là tốc độ phục hồi điện áp. II. các yêu cầu của hệ thống dập hồ quang: Đảm bảo đ-ợc khả năng đóng ngắt mạch điện nghĩa là đảm bảo giá trị dòng điện đóng và dòng điện ngắt ở điều kiện cho tr-ớc. Có thời gian cháy nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị dập hồ quang Quá điện áp thấp. Kích th-ớc hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí iôn hoá nhỏ. Nếu không nó có thể chọc thủng cách điện giữa các phần và có thể toàn bộ khí cụ điện. iii. tính toán buồng dập hồ quang: 1. Chọn kết cấu và vật liệu làm buồng dập hồ quang: Nh- đã trình bày ở phần chọn kết cấu. Để tính toán buồng dập hồ quang ta chọn kết cấu buồng dập của công tắc tơ mà ta thiết kế là: buồng dập kiểu dàn dập. Khi chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang ta cần chú ý đến các tính chất sau: Tính chịu nhiệt của vật liệu. Tính cách điện và chống ẩm. Độ nhám bên trong của buồng dập hồ quang. Độ ứng cao. Từ tính chất trên ta chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang là xi măng- amiăng. 2. Số l-ợng tấm: Theo công thức (3- 49) quyển 1 ta có số l-ợng tấm: 2 o hqmđ 0 ph 2 mđmđ 2mđmđ tk ] U.k.35,0+U ) k U.k ln+1.(kU.k [+6,0Ăín - Trong đó: +. k đm : hệ số định mức. Theo công thức (3 - 40) quyển 1 ta có: k đm = 0,9 . k sd . o cos1 - Theo trang 124- quyển 1 với khí cụ điện đóng ngắt 3 pha ta có: k sd = 1,5. Hệ số công suất của mạch ngắt ta chọn cos = 0,85. Nên hệ số định mức: k đm = 0,9. 1,5. 0,85-1 = 0,52. +.Theo công thức (3 - 50)- quyển 1 ta có: 1300 k.I.L =k 0 t 3/2 ng 2 I ng = 4.I đm = 4. 60 = 240 (A): dòng điện khi ngắt. Theo công thức (3 - 47) quyển 1: 273T+40(.I.2 10.t)].7,5I(.+820[ =k ng 6 ng 2 t 0 t - - Trong đó: t, t : bề dày và khoảng cách giữa các tấm. Theo trang 135- quyển 1 ta có : t = 1 5 (mm). Chọn t = 1 (mm) t 2 (mm). Chọn t = 2 (mm) T: nhiệt độ của tấm dàn dập. Theo công thức (3 - 48)- quyển 1 ta có: T = 293 + 0,018 . I ng . Z = 293 + 0,018. 240. 300 = 367,8 ( 0 K). Với Z = 300 (lần/h): số lần đóng ngắt trong một giờ. 457528= )2738,367+40(.240.2 10.t)].7,5240(.2+820[ =k 62 0 t - - .I sin.U =L ng 0mđ Điện cảm ngắn mạch ( theo công thức 3-32 quyển 1). Cos 0 = 0,85 sin 0 = 0,52. = 2. . f = 2. 3,14 . 50 = 314 (rad/s). U đm = 400 (V). I ng = 240 (A). Nên ta có: ).H(10.7,2= 314.240 52,0.400 =L 3- Vậy ta có: 69,36= 1300 457528.240.10.7,2 =k 3/23 2 - +.U ph 0 : điện áp phục hồi ban đầu của một khoảng trống. Theo công thức (3 - 46) quyển 1 ta có: ).V(6,0n.U=U 0 t 0 ph - Trong đó: U 0 t = (72 + 0,72 t ) = ( 72 + 0,72 . 2) = 73,44 (V). Và n: là số khoảng trống. Để t-ơng ứng với I đm = 60A ; U đm = 400V.Ta chọn n = 2 khoảng trống. Nên: ).V(7,86=6,02.34,73=U 0 ph - +. U hq 0 : điện áp hồ quang của 1 khoảng trống. Theo công thức (3- 5)- quyển 1. U hq 0 = ( 110 + 0,003. I ng ).( 0,7 + 0,04 t ) = (110 + 0,003 . 240 ).( 0,7 + 0,04. 2) = 86,34 (V). Nên số l-ợng tấm : 63,2=] 52,0.34,86.35,0+7,86 ) 69,36 400.52,0 ln+1.(69,36400.52,0 [+6,0Ăín 2 tk - Vậy để phù hợp ta chọn số tấm thiết kế n tk = 5 (tấm) 3. Kiểm tra điều kiện xảy ra quá trình dao động: Theo công thức (5 - 53) quyển 1 ta có; ).Hz(8348= 240.10.7,2 6,05.415 = I.L 6,0n.415 >f 3/233/2 ng tk 0 - - - Theo công thức (3 - 30)- quyển 1: f 0 = mđ U 380 . ( A + B . P đm 3/4 ) = 400 380 . ( 8000 + 2100 + 42400 3/4 ). = 59502376 (Hz). Trong đó: A = 8000; B = 2100: hệ số t-ơng ứng hệ thống cáp. P đm : Công suất phụ tải: P đm = 3 . U đm . I đm . cos 0 . k dt K dt = 1,2 là hệ số dự trữ: U đm = 400V, I đm = 60A, cos 0 = 0,85. P đm = 3 . 400 . 60. 0,85. 1,2 = 42400 (W). Vậy f 0 > 8348 (Hz) nên thoả mãn điều kiện quá trình không dao động. 4.Thời gian cháy của hồ quang: Theo công thức (3 - 5)- quyển 1: hq 2 đt hq hq V.9+V l =t Trong đó: +.V tđ = 0,1 (m/s) = 10 (cm/s): tốc độ của tiếp điểm. +. l hq : chiều dài hồ quang trên một khoảng trống. Theo công thức (3 - 38)- quyển 1 0 hq hq nq R.n R =l n = 4: số khoảng trống ( vì ta chọn n t = 5 ). - R hq : điện trở toàn bộ của hồ quang. hq hq hq I U =R Ta có: I hq = 0,5. I ng = 0,5 . 240 = 120 (A) : dòng điện hồ quang. U hq = U hq 0 . 6,0n - : điện áp hồ quang. U hq 0 = 86,34 (V) : điện áp hồ quang trong một khoảng trống. U hq = 86,34. 6,04 - = 159,2 (V). Nên điện ta có: ).(32,1= 120 2,159 =R hq - R hq 0 : giá trị trung bình của điện trở hồ quang trên 1 cm chiều dài hồ quang của 1 khoảng trống. Theo công thức (3 - 37)- quyển 1 ta có: ).(26,0= 240 14200 +015,0= I 14200 +015,0=R 22 ng 0 hq Vậy chiều dai hồ quang: ).cm(27,1= 26,0.4 32,1 =l hq - V hq : vận tốc chuyển động của hồ quang.Theo công thức (3-19)- quyển 1: V hq = 37. 3 hq I = 37. 3 120 = 182,5 (m/s). Vậy thời gian cháy của hồ quang: ).s(0023,0= 5,182.9+10 27,1 =t 22 hq Ta có thời gian dập hồ quang là 1/2 chu kỳ. Vậy thời gian dập hồ quang t d = 0,005 (s). Nên t hq < t d nghĩa là thời gian cháy nhỏ hơn thời gian dập hồ quang là hợp lý. +. Chiều dài nhỏ nhất của 1 tấm ngắn. l t 1,73. t . t d . 3 ng I = 1,73. 2 2 . 0,005. 3 240 = 0,22 (cm). Để đảm bảo hồ quang không ra khỏi buồng dập ta chọn l t = 0,3 (cm). . ngắt mạch, đặc biệt là khi ngắt mạch điện hồ quang sẽ phát sinh ở giữa từng cặp tiếp điểm của công tắc tơ. Hồ quang cháy toả ra một nhiệt l-ợng lớn, nếu không đ-ợc dập tắt kịp thời thì l-ợng. trình bày ở phần chọn kết cấu. Để tính toán buồng dập hồ quang ta chọn kết cấu buồng dập của công tắc tơ mà ta thiết kế là: buồng dập kiểu dàn dập. Khi chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang ta. l-ợng tấm: Theo công thức (3- 49) quyển 1 ta có số l-ợng tấm: 2 o hqmđ 0 ph 2 mđmđ 2mđmđ tk ] U.k.35,0+U ) k U.k ln+1.(kU.k [+6,0Ăín - Trong đó: +. k đm : hệ số định mức. Theo công thức (3 - 40)