Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com LÊ THÀNH BẮC (Chủ biên) VÕ NHƯ TIẾN LÊ VĂN QUYỆN DƯƠNG NGỌC THỌ HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN PHẦN I: MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2003 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN PHẦN I: MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP Tác giả: Lê Thành Bắc (chủ biên) Võ Như Tiến, Lê Văn Quyện, Dương Ngọc Thọ Chịu trách nhiệm xuất bản: PGS.TS Tô Đăng Hải Biên tập: Nguyễn Thị Ngọc Bích Chế bản: Nguyễn Trung Tiến, Văn Công Lê Trình bày: Cao Ngọc Châu, Tôn Thất Hoà Bình Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật 70 Trần Hưng Đạo - Hà Nội In 600 khổ 19 x 27cm Nhà in Đại học Quốc gia Giấy phép xuất số 978-56-20/7/2002 In xong nộp lưu chiểu tháng năm 2002 Lời nói đầu Giáo trình "HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN" chia làm hai phần: - Phần 1: Máy ngắt điện cao áp - Phần 2: Thiết bị điện hạ áp Phần "MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP“ biên soạn sở đề cương chuyên đề đề cương môn học "Thiết kế thiết bị điện" cho ngành Kỹ thuật điện Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nói chung ngành Thiết bị điện nói riêng Chúng biên soạn sách nhằm phục vụ làm tài liệu giảng dạy, tài liệu tham khảo thiết kế môn học thiết kế tốt nghiệp cho sinh viên ngành kỹ thuật điện Cuốn sách biên soạn chủ yếu dựa "ΠPOEKTỉPOBAHỉE BKΛþ÷ATEΛEĨ ΠEPEMEHHOΓO TOKA BCOKOΓO HAΠPÿưEHỉÿ" tác giả ê.A.KYKEKOB " High Voltage Circuit Breakers Design and Applications" tác giả Ruben D Gazon Trong trình biên soạn, tác giả tham khảo giáo trình "THIẾT KẾ MÁY NGẮT CAO ÁP", "THIẾT KẾ MÁY NGẮT DẦU", tài liệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội xuất Sách không dùng làm tài liệu giảng dạy học tập cho sinh viên ngành Điện mà làm tài liệu dùng cho nghiên cứu tham khảo cho ki sư cán ki thuật ngành điện chuyên ngành liên quan Nội dung tài liệu đề cập đến vấn đề lí thuyết tính toán thiết kế máy ngắt điện cao áp, vấn đề trình bày chương Đồng chí Võ Như Tiến biên soạn chương 1, 2, 3, Đồng chí Lê Văn Quyện biên soạn chương Đồng chí Dương Ngọc Thọ biên soạn chương Đồng chí Lê Thành Bắc biên soạn chương 4, 5, phần lại Trong trình biên soạn, tác giả nhận giúp đỡ cung cấp tài liệu Thầy, Cô giáo môn Thiết bị điện -điện tử, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt PGS Lê Văn Doanh GVC Lưu Mỹ Thuận Chúng nhận giúp đỡ tận tình TS.Trần Văn Chính đồng nghiệp khoa điện trường Đại học Kỹ thuật Đà Nẵng việc hiệu đính đóng góp thêm nhiều ý kiến cho nội dung tài liệu Mặc dù, cố gắng việc cập nhập thiết bị đại tài liệu vấn đề hạn chế nên vấn đề chưa đề cập thỏa đáng Chúng mong nhận đóng góp ý kiến bổ xung bạn đọc để sách hoàn thiện lần tái sau Mọi thư từ góp ý xin gửi môn Thiết bị Điện - trường Đại học Kỹ thuật Đà Nẵng Chúng xin chân thành cảm ơn Các tác giả MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU Chương CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NGẮT CAO ÁP ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1 Các yêu cầu máy ngắt 1.2 Trình tự tính toán 1.3 Các tham số cho trước tính toán 1.4 Một số kinh nghiệm chọn kiểu máy ngắt 1.5 Sơ đồ kết cấu máy ngắt Chương 11 20 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN CHUNG CỦA MÁY NGẮT 2.1 Các tham số cho trước tính toán cách điện chung 2.2 Phương pháp tính gần cách điện chung 2.3 Phương pháp tính gần phân bố điện áp cho khoảng ngắt cực 2.4 Ví dụ cách tính cách điện chung 25 29 31 37 Chương TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CỦA MÁY NGẮT 3.1 Khái niệm chung 3.2 Tính điện động mạch vòng dẫn điện 3.3 Tính toán nhiệt mạch vòng dẫn điện 3.4 Tính toán gần phát nóng dẫn điện sứ vào 3.5 Tính toán gần hệ thống dẫn điện bình chứa máy ngắt không khí 3.6 Tính toán tiếp điểm 40 40 50 55 61 66 Chương TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ VÀ ĐẶC TUYẾN CƠ BẢN CỦA CÁC THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG TRONG MÁY NGẮT KHÔNG KHÍ 4.1 Khái niệm chung tính toán thiết bị dập hồ quang 4.2 Đặc tuyến chung trình dập hồ quang thổi dọc 4.3 Tính toán lượng không khí (khí) chảy qua miệng ống có hồ quang điện 4.4 Tính toán gần công suất ngắt phục hồi độ bền điện khoảng hai tiếp điểm 76 77 79 87 4.5 Các nguyên lý cách tính kết cấu buồng dập hồ quang có thổi không khí dọc dùng shun điện trở 4.6 Kết cấu thiết bị dập hồ quang có thổi không khí dọc 103 110 Chương TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÁC THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA MÁY NGẮT DẦU 5.1 Các vấn đề tính toán thiết bị dập hồ quang máy ngắt dầu 5.2 Tính công suất lượng hồ quang trình tạo thành khí dập tắt hồ quang dầu 5.3 Tính áp suất bình có chứa dạng bong bóng khép kín 5.4 Tính áp suất bình chứa hỗn hợp khí chảy từ bình 5.5 Tính độ bền điện phục hồi khoảng hồ quang 5.6 Phương pháp gần tính trình dâng dầu bình chứa sau dập tắt hồ quang 5.7 Trình tự tính toán bình chứa thổi dầu tự động 117 123 128 131 136 140 141 Chương TÍNH TOÁN KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA MÁY NGẮT TỰ SINH KHÍ 6.1 Đặc tính chung trình dập hồ quang máy ngắt tự sinh khí 6.2 Tính gần đặc tính thiết bị dập hồ quang tự sinh khí Chương TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG BẰNG TỪ TRONG MÁY 143 145 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com NGẮT KHÔNG KHÍ 7.1 Đặc tính chung trình dập hồ quang làm lạnh buồng dập hồ quang kiểu rãnh 7.2 Ngắt mạch điện cảm buồng dập hồ quang kiểu rãnh 7.3 Tính tốc độ chuyển động hồ quang ảnh hưởng từ trường ngang buồng dập hồ quang kiểu rãnh 7.4 Tính phát nóng thành rãnh bình chứa tính dòng điện ngắt 7.5 Chọn tính kích thước đặc tuyến bình chứa có buồng dập hồ quang kiểu rãnh dập từ 7.6 Kết cấu thiết bị dập hồ quang từ rãnh hẹp 151 153 156 161 164 166 Chương PHƯƠNG PHÁP TÍNH CÁC ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA MÁY NGẮT KHÔNG KHÍ 8.1 Đại cương 8.2 Tính bơm đầy không khí nén vào buồng dập hồ quang 8.3 Tính không khí chảy từ bình chứa khí 8.4 Tính không khí chảy từ thể tích giới hạn lúc áp suất giảm 8.5 Sự bơm đầy không gian làm việc hình trụ phận khí chảy 8.6 Ví dụ tính bơm đầy buồng dập hồ quang máy ngắt không khí điện áp 110kV 169 169 178 180 182 187 Chương KẾT CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CỦA MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP 9.1 Các sơ đồ động học truyền động khí 191 9.2 Các tham số cho trước để tính truyền động mở lò xo 9.3 Tính toán động lực học truyền động khí mở lò xo 9.4 Tính toán động lực học phận khí chạy buồng dập hồ quang máy ngắt không khí 195 202 218 Phụ lục1: Một số loại máy ngắt dầu sử dụng Việt Nam Phụ lục2: Một số loại máy ngắt SF6 sử dụng Việt Nam Tài liệu tham khảo 222 228 234 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 ΠPOEKTỉPOBAHỉE BKΛþ÷ATEΛEĨ ΠEPEMEHHOΓO TOKA BCOKOΓO HAΠPÿưEHỉÿ ê.A.KYKEKOB-MOCKBA 1961 TEOPỉÿ ÝΛECTPỉ÷EKỉx AΠΠAPATOB -Γ H AỊEKCAHÔPOB-MOCKBA Bcaÿ KOỊA1985 THIẾT KẾ MÁY NGẮT CAO ÁP - Bộ môn Máy điện- Khí cụ điện - Đại học Bách khoa Hà Nội - 1978 High Voltage Circuit Breakers Design and Applications- Ruben D Gazon- New York 1996 Cẩm nang thiết bị đóng cắt - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật -Hà Nội - 1998 HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ MÁY NGẮT DẦU - Lưu Mỹ Thuận- Bộ môn Máy điện - Khí cụ điện - Đại học Bách khoa Hà Nội - 1976 Giáo trình Khí cụ điện, dùng cho ngành Điện khí hóa- Đại học Bách khoa Hà Nội - 1979 Giáo trình THIẾT BỊ ĐIỆN- Lê Thành Bắc- Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật- Hà Nội- 2001 Low Oil Content Circuit - Breakers for Outdoor Stations 10 72.5 kV E.I.B SF6 Circuit - Breakers with Spring Operating Mechanism 72.5 170 kV AEG Gas - Insulated Switchgear 72.5 525 kV AEG Metal - Enclosed, SF6 - Gas Insulated High Voltage Switchgear (V.I.S.) series B3 up to 420kV AEG Quy trình vận hành bảo dưỡng loại máy ngắt dầu- Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật-Hà Nội -1996 Quy trình vận hành bảo dưỡng máy ngắt SF6-Tổng công ty Điện lực Việt Nam- Hà Nội -1998 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com CHƯƠNG CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NGẮT CAO ÁP ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1 CÁC YÊU CầU CƠ BảN ĐốI VớI MÁY NGắT Trong hệ thống điện cao áp, máy ngắt thiết bị đóng mở khí có khả đóng, dẫn liên tục cắt dòng điện điều kiện bình thường bất thường mạch điện, ví dụ ngắn mạch Ngắt dòng điện ngắn mạch chế độ làm việc nặng nề máy ngắt Song qúa điện áp sinh ngắt dòng điện bé máy biến áp không tải, ngắt dòng điện dung đường dây dài nhiều trường hợp khác điều kiện làm việc nặng nề cho máy Theo nguyên tắc, hệ thống dẫn điện máy ngắt nối tiếp với mạch điện thiết bị điện cao áp Khi phận kết cấu máy ngắt cần phải chịu tác động nhiệt, điện từ làm việc bình thường ngắn mạch, phải chịu trường tĩnh điện tác động vào cách điện lúc điện áp định mức lúc điện áp Trong trình làm việc máy ngắt có tượng sinh phụ tải nhiệt, điện tác động vào phận riêng kết cấu máy ngắt (sự cháy hồ quang điện ngắt, tăng áp suất chất khí chất lỏng không gian công tác, phận chuyển động với gia tốc lớn gây va đập nhiều tượng khác) Trong trường hợp kết cấu máy ngắt không tính đến điều kiện bất thường yếu tố kể nguyên nhân sinh hư hỏng phận hay toàn máy ngắt Máy ngắt phải đảm bảo hoạt động an toàn, tin cậy chế độ bình thường bất thường, nên phận kết cấu phải tuyệt đối ổn định tác động nhiệt lực điện động, tác động điện áp tính toán Yêu cầu chung máy ngắt điện cao áp 1) Các đặc tính máy ngắt phải tương ứng với yêu cầu cho trước 2) Tất phận kết cấu máy ngắt thời gian vận hành phải làm việc Các yêu cầu chung máy ngắt cao áp nêu tiêu chuẩn ΓOCT 687-41 hay tiêu chuẩn khác Ngoài yêu cầu chung, trường hợp riêng có yêu cầu đặc biệt máy ngắt, phụ thuộc vào điều kiện riêng mà máy ngắt làm việc Ví dụ: 1) Khả làm việc vùng ẩm ướt, nhiều bụi bặm có chất nổ 2) Khả làm việc vùng cao mặt biển 3) Khả làm việc thiết bị di động (đầu máy xe lửa điện, tàu thủy, ) 4) Thích hợp với điều kiện làm việc nhiệt độ thấp Do ngành hệ thống điện ngày phát triển, máy ngắt phận quan trọng hệ thống, tiêu kĩ thuật vận hành yêu cầu ngày cao như: tăng dòng điện định mức, tăng công suất ngắt, nâng cao tác động nhanh, tác động nhanh Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nhiều lần TĐL (đóng lặp lại tự động), tăng độ chống ăn mòn phận cách điện, vận chuyển, lắp ráp, vận hành thuận tiện, an toàn nổ hỏa hoạn Trong tính toán máy ngắt đại cần đặc biệt lưu ý đến vấn đề nâng cao tiêu kinh tế kĩ thuật, trọng lượng đơn vị công suất ngắt Kết cấu máy ngắt cần phải đơn giản, vững chắc, chi tiết khâu kết cấu tất loại máy ngắt phải thống cần phải áp dụng phương pháp gia công tiên tiến Trong chế tạo sử dụng nguyên liệu có tính cơ, tính điện, tính nhiệt cao kinh tế (chịu plasma, nguyên liệu tiếp điểm đặc biệt, đồ gốm có độ bền cao, ) Tất yêu cầu kể cần ý đến lúc tính toán Những điểm đặc biệt ý nghiên cứu máy ngắt: 1) Ngắt dòng điện ngắn mạch giới hạn chế độ làm việc máy ngắt tính toán 2) Trong nhiều trường hợp mối kết cấu hay chi tiết có vài nhiệm vụ Ví dụ: phận dẫn điện bị nung nóng dòng điện thường xuyên chịu phụ tải lớn chịu lực kéo, 3) Trong tính toán khâu đặc tính liên quan phức tạp, lực biến đổi lò xo trình chuyển động phận khí, áp suất biến đổi khí buồng dập hồ quang lực điện động tác động vào phần dẫn điện Phương pháp để tính xác phức tạp, tính toán phải đơn giản hóa phương pháp gần 4) Cần đặc biệt ý tính toán thiết bị dập hồ quang Trong ngành chế tạo thiết bị điện phương pháp tính xác thiết bị dập hồ quang chưa có, tính toán người ta sử dụng tham số thực nghiệm thử khả ngắt máy ngắt Mặc dù phương pháp tính gần cho định hướng, cần hoàn chỉnh áp dụng rộng rãi thiết kế máy ngắt cao áp, cho phép rút ngắn thời gian cần thiết để hoàn thành kết cấu máy ngắt phòng thí nghiệm mô hình Trong ngành chế tạo máy ngắt có nhiều biện pháp dập hồ quang, kết cấu thiết bị dập hồ quang có nhiều kiểu mà có nhiều kiểu máy ngắt Biện pháp dập hồ quang khác theo kiểu máy ngắt xác định tham số cho trước kiểu điều khiển vận hành ( điện áp định mức, dòng điện định mức, công suất ngắt, tần số, ) Giải sơ ba vấn đề sau có ý nghĩa đặc biệt quan trọng lúc tính toán gồm: 1) Chính xác hóa tham số cho trước 2) Chọn kiểu máy ngắt 3) Chọn xác hóa sơ đồ kết cấu Trong sản xuất máy ngắt cao áp công suất ngắt lớn hay loại máy ngắt cách chọn kiểu sơ đồ kết cấu đóng vai trò định Theo kinh nghiệm tính toán, sản xuất, lắp ráp vận hành máy ngắt cao áp hình thành số hình dáng kết cấu chi tiết riêng, phận toàn thiết bị công nghệ điển hình sản xuất máy ngắt Trong lúc tính toán kiểu máy ngắt Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com biện pháp kĩ thuật có cần ý, phải nâng cao yêu cầu áp dụng thành tựu khoa học công nghệ vào sản xuất Nhiệm vụ nhà chế tạo phải tìm giải pháp tính toán, kết cấu hợp lí sở nghiên cứu tượng vật lí, sử dụng tham số thí nghiệm, áp dụng cách tính thành tựu lĩnh vực công nghệ chế tạo Cần phải ý đến xu hướng đại lĩnh vực tính toán trạm phân phối thiết bị cao áp, sơ đồ trạm có ảnh hưởng đến hình dáng kết cấu, kích thước, tiêu đặc tính khác máy ngắt 1.2 TRÌNH Tự TÍNH TOÁN Quá trình thiết kế máy ngắt cao áp gồm ba giai đoạn Tính toán phác thảo Các yêu cầu kĩ thuật máy ngắt phải tính toán cần xác định rõ, tìm giải pháp lợi dự định kiểu áp dụng, phương án kết cấu Tính toán kĩ thuật Quyết định kiểu áp dụng phương án kết cấu, tiến hành tính toán cần thiết tính toán khâu, chi tiết máy ngắt Chuẩn bị tài liệu kĩ thuật để sản xuất thử Tính toán chế tạo Trong giai đoạn sở kinh nghiệm sản xuất tham số mẫu tiến hành xác hóa kết cấu vẽ vẽ thi công để sản xuất mẫu Chuẩn bị tài liệu công nghệ cần thiết để sản xuất hàng loạt Thường người ta tiến hành thí nghiệm nghiên cứu thử hình mẫu, chi tiết khâu máy ngắt mẫu cho ba giai đoạn Sau giới thiệu thứ tự giải vấn đề tham số định hướng kết cấu kích thước thiết bị dập hồ quang: 1) Chính xác hóa tham số cho trước máy ngắt tính toán 2) Chọn kiểu máy ngắt 3) Tính toán thiết bị dập hồ quang, định hướng hình dáng kết cấu xác định kích thước sơ 4) Lập sơ đồ kết cấu máy ngắt 5) Tính toán cách điện máy ngắt xác định kích thước mạch vòng dẫn điện, khoảng cách cách điện kích thước phận cách điện trụ 6) Tính toán khâu gồm: a) Tính lực điện động tác động vào phận mạch vòng dẫn điện máy ngắt tính toán điều kiện vận hành b) Tính phát nóng làm việc dài hạn dòng điện định mức, tính độ bền vững phận mạch vòng dẫn điện tác động dòng điện ngắn mạch tính toán phận c) Tính phát nóng dòng điện định mức tính độ bền vững hệ thống tiếp điểm máy ngắt ngắn mạch d) Tính xác định kết cấu sứ cách điện máy ngắt Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Đường cong v=f(h) xây dựng phương pháp ν[ m / s] hình 9-6 Trong xây dựng đặc 6,0 tuyến ban đầu tốc độ mở (và đóng) ta sử dụng thông số 5,0 bảng 9-3 đặc tuyến số kết cấu máy ngắt cao áp 4,0 5) Các đặc tuyến hệ 3,0 thống tiếp điểm (lực đàn hồi lò xo tiếp điểm hay lực ma sát 2,0 tiếp điểm) xác định 1,0 bước tính phát nóng độ bền hệ thống tiếp điểm h[m] dòng điện ngắn mạch tác động 60 6) Áp lực khí tác động Hình 9-6 Đặc tuyến tốc độ v=f(h) vào hệ thống tiếp điểm động xác định sở thông số nhận lúc tính buồng dập hồ quang 7) Lực cản thủy động lực xác định sở thông số tính toán thủy động lực phận khí thổi dầu cưỡng 8) Khi xác định lực điện động tác động vào chi tiết phận khí, ta sử dụng thông số tính toán chung lực điện động hệ thống dẫn điện máy ngắt, điều nghiên cứu (xem chương 3) Bảng 9-3a: Các đặc tính máy ngắt điện cao áp Kiểu máy ngắt Kiểu truyền động MKÐ-160 MKÐ-274 MÊÊ-223 MÊÊ-229 MÊÊ-529 ÐC-30 MÐM-108 ÐC-30 ÐC-30 ÐC-30 Điện áp định mức, kV 110 220 10 10 20 Dòng điện định mức, A 600 600 16/35 2000 4000 90 4000 16/35 1000 2000 90 860 1097 405 415 485 1,8/2,50 1/1,20 1,60 1,50 1,65 3,50 2,50 1,70 1,95 2,12 Hành trình tiếp xúc dập hồ quang, mm Hành trình toàn ngang, mm Tốc độ thời điểm dập hồ quang, m/s Tốc độ thời điểm 100 199 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ngang khỏi bình chứa, m/s Tốc độ lớn ngang, m/s Thời gian bắt đầu chuyển động tiếp điểm tách nhau,s Thời gian chuyển động buồng dập hồ quang, s Thời gian toàn chuyển động, s Tốc độ thời điểm tiếp điểm dập hồ quang tiếp xúc nhau, m/s Tốc độ lớn tiếp điểm , m/s Thời gian hành trình tiếp điểm dập hồ quang, s Thời gian toàn chuyển động ngang, s Mô men tĩnh lớn trục, kg.m 3,60 3,50 1,80 2,00 2,40 0,03 0,03 0,10 0,10 0,07 0,09 0,12 0,15 0,13 0,14 0,31 0,30 0,25 0,25 0,29 2,00 1,70 1,60 2,20 2,00 2,20 2,20 1,60 2,20 2,00 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,62 1,35 0,60 0,58 0,68 - 295 - 330 340 Bảng 9-3b: Các đặc tính máy ngắt điện cao áp MÊ-35 BB-110 BB110/600 CP-1001 10/1000 ÐC-20 - - - Kiểu máy ngắt Kiểu truyền động Điện áp định mức, kV 38 110 110 10 Dòng điện định mức, A 600 600 600 1000 - 0 55 - 15 95 285 - 0 - - - - - - - 60-70 40 - 0,007 - - - - - - Hành trình tiếp xúc dập hồ quang, mm Hành trình toàn ngang, mm Tốc độ thời điểm dập hồ quang, m/s Tốc độ thời điểm ngang khỏi bình chứa, m/s Tốc độ lớn ngang, m/s Thời gian bắt đầu chuyển động tiếp điểm tách nhau,s Thời gian chuyển động buồng dập hồ quang, s 200 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Thời gian toàn chuyển động, s - - 0,03 0,25 Tốc độ thời điểm tiếp điểm dập hồ quang tiếp xúc nhau, m/s Tốc độ lớn tiếp điểm , m/s - - - - - - - 2,80 Thời gian hành trình tiếp điểm dập hồ quang, s Thời gian toàn chuyển động ngang, s Mô men tĩnh lớn trục, kg.m - - - - - - - 0.18 - - - - 9.3 TÍNH TOÁN ĐộNG LựC HọC CủA HỆ TRUYềN ĐộNG CƠ KHÍ Mở BằNG LÒ XO Khái niệm Trong thiết kế máy ngắt, tính toán động lực truyền động khí hay xác định chuyển động theo lực tác động, xác định lực tác động theo chuyển động cho trước Vị trí đóng (h= a 0) Điểm quy đổi h a b a0 Vị trí ngắt h0 Vị trí Vị trí ắ Hành trình pít h5 tông chống rung Bộ truyền động Hình 9-7 Sơ đồ tính toán phận truyền động khí máy ngắt nhiều dầu Như vậy, cho trước sơ đồ động toán tính truyền động khí xếp làm hai kiểu: 201 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1) Tìm tốc độ chuyển động hệ thống tiếp điểm thời điểm hay điểm hành trình biết hình dáng kích thước trọng lượng phận động lực đàn hồi lò xo mở lò xo khác, lực cản tác động phận khí 2) Tìm đặc tuyến lò xo mở (hay lò xo) bảo đảm cho hệ thống tiếp điểm động chuyển động với tốc độ cho trước lúc mở Nếu biết đặc tuyến tốc độ chuyển động hệ thống tiếp điểm, kích thước trọng lượng phận khí động, lực đàn hồi lò xo tiếp xúc lực cản tác động phận khí Bản chất phương pháp giải toán là: chuyển động hệ thống chi tiết khí liên quan với phức tạp coi chuyển động theo quĩ tích điểm cho trước Trên quĩ tích khối lượng qui đổi tất phận khí động tất lực qui đổi tác dộng phận khí tập trung điểm Thường điểm có quĩ tích chuyển động giống quĩ tích chuyển động hệ thống tiếp điểm nhận làm điểm qui đổi Trong kết cấu có quĩ tích đường thẳng hay cung vành tròn Trong trường hợp chung phận truyền động khí máy ngắt (ví dụ chế tạo theo sơ đồ hình 9-7) lực qui đổi gồm: 1) Lực đàn hồi lò xo mở lò xo tăng tốc pmtt 2) Lực đàn hồi lò xo tiếp điểm ptđ 3) Trọng lực Ptr.l 4) Lực quán tính pqt 5) Áp lực khí buồng dập hồ quang pa 6) Lực cản p: gồm lực ma sát khớp nối pmsk, tiếp điểm pmst, thủy lực cản ptb phận chuyển động dầu, phận chống rung thiết bị thủy lực khác 7) Lực điện động pđđ Trong trường hợp xét, theo Đalambe ta viết phương trình lực qui đổi: p mtt + p tâ ± p trl ± pqt + pa − p ± pââ = (9-4) Lực pi tác động điểm i phận khí theo hướng chuyển động lực qui đổi điểm a chuyển dịch theo hướng dựa sở phương trình chung: pa = pi dhi dha (9-5) dhi cho vị trí phận dha khí, đặc tuyến động nhận phương pháp giải tích, thay phương pháp dựng sơ đồ động phận khí cho hàng loạt vị trí Tính khối lượng qui đổi có hai cách: 1) Tất khối lượng phân bố thay khối lượng tập trung đẳng trị điểm khâu Từ đặc tuyến động hi=f(ha) ta tìm đạo hàm 202 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 2) Tất khối lượng đẳng trị phân tán phận khí thay khối lượng qui đổi tập trung số điểm qui đổi Các điểm động liên hợp khớp nối thường điểm đẳng trị cho khâu Khi xác định khối lượng đẳng trị, người ta dựa vào điều kiện cần thiết không thay đổi tính chất động tĩnh phận khí phép đẳng trị, nghĩa là: b a 01 02 Khâu Khâu a1 a2 l1 l2 b2 b1 Hình 9-8 Sơ đồ tính toán cấu bốn khâu + Tổng khối lượng đẳng trị phải khối lượng phân tán khâu: ∑ mi = m + Trọng tâm khối lượng đẳng trị khâu phải trùng với trọng tâm khâu Đối với khâu khí phẳng: ∑ mi x i = ∑m y i i =0 + Mô men quán tính khối lượng đẳng trị trọng tâm khâu phải mô men quán tính khâu: ∑ m i ri2 = JS Trong đó: m : khối lượng khâu xi, yi : tọa độ điểm đặt khối lượng đẳng trị (trọng tâm khâu hệ tọa độ) ri : khoảng cách điểm đặt khối lượng đến trọng tâm khâu JS : mô men quán tính khâu trọng tâm 203 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Xuất phát từ điều kiện cần thiết bảo toàn động năng, tiến hành qui đổi tất khối lượng đẳng trị phận khí điểm: i =n A ân = ∑ m i v i2 = m qâ v qâ (9-6) i =1 Từ rút rằng, khối lượng qui đổi phận khí điểm tính theo công thức: ⎛ v ⎞ (9-7) m qâ = ∑ m i ⎜ i ⎟ ⎜v ⎟ i =1 qâ ⎝ ⎠ Trong mqđ khối lượng qui đổi mi : khối lượng đẳng trị số điểm i phận khí vi : tốc độ chuyển động điểm i vqđ : tốc độ điểm qui đổi vị trí phải xét phận khí Ở cho ví dụ phương pháp tính khối lượng đẳng trị cho khớp nối động phận khí phẳng bốn khâu hình 9-8 Khâu chuyển động quay xung quanh trục qua điểm O1, O2 vuông góc với mặt phẳng quay, khâu chuyển động quay tiến Khối lượng đẳng trị khâu tập trung điểm a, tính theo phương trình: J m 1a = 01 l 12 Trong đó: J01 :mô men quán tính tương đối khâu với trục quay, hình dạng cụ thể kích thước khâu tính mô men quán tính theo công thức: γ J01 ≈ b J'01 g al1 π.r12 ' (l + 0,4r1 )2 J01 = a + b + 3l + 1,3r1 + 12 Cũng tính khối lượng đẳng trị khâu tập trung điểm b: J m 3b = 03 l 23 Nếu giả thiết rằng, trọng tâm khâu qua tâm hình học diện tích khâu, khối lượng đẳng trị khâu tập trung điểm a b tính theo phương trình: 4J m 2a = m 2b = 2S2 l2 JS2 : mô men quán tính tương đối khâu với trục qua trọng tâm vuông góc với mặt phẳng quay Cũng tính khối lượng đẳng trị kép chuyển động quay cách thay mỏng chiều dài l với khối lượng phân tán Khối lượng đẳng trị với điểm a b: i =n ( ) 204 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com m a = m 1a + m 2a m b = m 2b + m 3b Khi tính phận khí phức tạp nhiều điểm đẳng trị, giá trị khối lượng đẳng trị điểm nên lập thành bảng, sau cộng tổng lại: Với trường hợp xét bảng có dạng sau: Khâu, Mối a b m1a m2a m2b m3b Σmia Σmib Trong tính khối lượng qui đổi mqđ theo phương trình (9-7), tỉ số tốc độ cho v vị trí phận khí i = f (h) xác định theo biểu đồ tốc độ dựng v qâ cho vị trí với tỉ lệ tùy ý (vì trị số phải tìm giá trị tuyệt đối tốc độ mà tỉ số chúng) Cần ý, nhiều trường hợp trọng lượng khối lượng phần nối liền với hệ thống tiếp điểm tuyệt đối lớn, tính khối lượng qui đổi không đổi suốt chu trình (điều không ảnh hưởng nhiều tính toán) Trong trường hợp tính khối lượng qui đổi gần theo phương trình (9-6) (9-7), dựa vào biểu đồ tốc độ dựng cho vị trí (đóng) hay theo công thức: p m qâ ≈ b , [ kg.s2 / m] (9-8) g Trong đó: pb : trọng lượng qui đổi g : gia tốc trọng lực Có lực ma sát qui đổi truyền động khí nguyên nhân: 1) Ma sát khớp nối phận dẫn hướng pmsk 2) Ma sát tiếp điểm pmst Trị số lực ma sát mô men lực ma sát phụ thuộc vào phản lực tĩnh tác động điểm lực quán tính Vì tĩnh lực lực quán tính vị trí khác phận khí hệ số ma sát không đổi, tính xác lực ma sát phận khí có sơ đồ phức tạp công phu khó khăn Trong trường hợp chung tính lực ma sát qui đổi tiến hành theo trình tự sau: 1) Xác định phản lực phận dẫn hướng khớp nối cho vị trí khác phận dẫn khí 2) Theo giá trị tìm phản lực xác định lực ma sát mô men ma sát cho khớp (ở phận dẫn hướng) 205 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 3) Qui lực mô men ma sát tìm cho khớp điểm qui đổi, ta sử dụng đẳng thức: dhi ⎫ pqâmsi = pmsi d hqâ ⎪⎪ (9-9) dα i ⎬ ⎪ pqâmsi = M msi d hqâ ⎪⎭ pqđmsi :lực ma sát qui đổi mối thứ i pmsi :lực ma sát mối thứ i Mmsi : mô men ma sát mối thứ i dhi dα i Tìm đạo hàm cách dựng đặc tuyến động học dhqâ dhqâ Cách tính phản lực khớp nối phận dẫn hướng có tính đến ma sát có giáo trình công trình nghiên cứu khác, vấn đề không xét tới Trong nhiều trường hợp người ta sử dụng phương pháp đơn giản để tính lực ma sát qui đổi, chất chúng là: 1) Chỉ tính ma sát tĩnh lực lớn tác động khớp nối nhiều phụ tải Lực ma sát hành trình chấp nhận không đổi 2) Trong trường hợp lực quán tính lớn tĩnh lực tính ma sát lực quán tính gây Như lực ma sát xem không đổi Trong hai trường hợp người ta tính hệ số ma sát không đổi Thủy lực cản truyền động khí có: 1) Khi phận khí chuyển động môi trường chất lỏng có độ nhớt 2) Khi pít tông cột dầu hệ thống thổi dầu cưỡng buồng dập hồ quang chuyển động (ví dụ máy ngắt xung) 3) Khi phận chống rung tác động (của máy ngắt dầu hay máy ngắt không khí) Hướng thủy lực cần ngược chiều với hướng chuyển động vật, dạng chung biểu phương trình: v2 (9-10) p tli = CR Fγ i 2g Trong đó: CR : hệ số cản phụ thuộc vào hệ số Raynol hình dáng vật F : diện tích hình chiếu vật mặt phẳng vuông góc với hướng chuyển động γ : tỉ trọng môi trường, vi : tốc độ tương đối chuyển động g : gia tốc trọng lực Thật ra, chuyển động dầu điểm khâu khí có tốc độ khác nhau, xác định xác thủy lực cản qui đổi gặp nhiều khó khăn Cho nên, tính toán thực tế thường đơn giản dựa sở: 206 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1) Chỉ tính thủy lực cản tác động vào phần khí có tốc độ chuyển động tương đối lớn có kích thước tương đối lớn như: xà tiếp điểm, cần tác động, 2) Thay đổi hình dáng phức tạp thành phần đơn giản theo hệ số thủy lực cản kinh nghiệm Ctl Các giá trị Ctl cho bảng 9-4 Chúng ta nghiên cứu phương pháp tính thủy lực cần ptl tác động vào thành ngang máy ngắt dầu, ngang chuyển động dầu với tốc độ v Chúng ta xét chuyển động mối giống chuyển động bốn vật liên quan lẫn nhau: ngang tiếp điểm, cần hai tiếp điểm Đưa chi tiết dạng hình trụ, ta tìm giá trị số lượng Raynol theo công thức: v.d Re= υ Trong đó: v : tốc độ chuyển động, m/s υ : hệ số độ nhớt động môi trường, m2/s d : đường kính, m Phù hợp với giá trị Rl tìm được, theo bảng ta tìm giá trị hệ số cản Ctl từ công thức (9-10), ta xác định giá trị lực cho giá trị tốc độ v cho trước khác Các phương pháp tính lực hãm thiết bị chống rung có công trình nghiên cứu khác Tác động lực điện động vào phần dẫn điện di động cố định ảnh hưởng đến đặc điểm chuyển động phận truyền động khí, ảnh hưởng mức độ mở mức độ nhiều đóng máy ngắt có dòng điện lớn Bảng 9-4: Các giá trị hệ số thủy lực cản Số TT Hình dạng vật Hệ số cản Hệ số Raynol(Re) 207 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Hình cầu Hình e líp quay a = b Hình trụ tròn chiều dài vô tận 0,47 0,22 0,6 2.104 ... VỊNG DẪN ĐIỆN CỦA MÁY NGẮT 3.1 Khái niệm chung 3.2 Tính điện động mạch vòng dẫn điện 3.3 Tính tốn nhiệt mạch vòng dẫn điện 3.4 Tính tốn gần phát nóng dẫn điện sứ vào 3.5 Tính tốn gần hệ thống dẫn. .. 2002 Lời nói đầu Giáo trình "HƯỚNG DẪN TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN" chia làm hai phần: - Phần 1: Máy ngắt điện cao áp - Phần 2: Thiết bị điện hạ áp Phần "MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP“ biên soạn sở đề... Unregistered Version - http://www.simpopdf.com HƯỚNG DẪN TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN PHẦN I: MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP Tác giả: Lê Thành Bắc (chủ biên) Võ Như Tiến, Lê Văn Quyện, Dương Ngọc Thọ Chịu trách