Ch-ơng iv Chọn kết cấu và kiểm nghiệm buồng dập hồ quang I)Khái niệm chung về tính toán các thiết bị 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 là phục hồi độ bền về điện giữa các khoảng cách tiếp điểm. Quá trình xảy ra rất phức tạp và phụ thuộc vào sự làm việc của kiểu thiết bị dập hồ quang, phụ thuộc vào khả năng dập hồ quang của thiết bị và phụ thuộc vào đặc tuyến 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 những nhiệm vụ quan trọng khi thiết kế máy ngắt. Trong tính toán cần phải xác định các tham số cảu 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 của các đ-ờng rãnh dập hồ quang - Số l-ợnh, vị trí tuơng 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 chuểyn động của các tiếp điểm dập hồ quang và của van (nếu có) - Trị số lớn nhất và đặc tuyến thay đổi áp suất của môi tr-ờng tạo thành khí trong buồng dập hồ quang (trong các đ-ờng rãnh làm việc, trong không gian và trong các thiết kế để thải khí, ) - Tốc độ cháy của môi tr-ờng dập hồ quang trong vùng dập hồ quang ở từng đoạn dập hồ quang. - Tốc độ chuyển dịch của thân hồ quang trong từ tr-ờng (nếu áp dụng dập hồ quang bbằng 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 đó là thân d- ở cuối nửa chu kì của dòng điện và sự phục hồi về độ bền về điện của khoảng cách giữa các tiếp điểm. Một số đặc tuyến: - Tốc độ chuyển động của các tiếp điểm - áp suất của môi tr-ờng chân không 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 đ-ợc tiến hành tr-ớc khi tính và gia công các khâu khác của máy ngắt. Thiết bị dập hồ quang của các máy ngắt hiện đại phải thoả mãn các yêu cầu chung: 1. Dập tắt hồ quang điện chắc chắn ở điện áp định mức chi tr-ớc, khi ngắt các dòng điện giới hạn trong một thời gian nhất định. 2. dập hồ quang điện nhanh chóng và chắc chắn, không cháy lập lại khi ngắt các dòng điện điện dung của đ-ờng dây không tải và các dòng điện kháng của máy biến áp không tải. 3. Làm việc ổn định không thay đổi các đặc tuyến đoạn đầu trong thời gian vận hành quy định và số lần đóng ngắt quy định. 4. Kết cấu đơn giản dễ gia công và thuận tiện trong vận hành. 5. 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 và thiết kế thiết bị dập hồ quang các tham số cho tr-ớc gồm có: 1. Sơ đồ kết cấu của thiết bị 2. Loại và tính chất của môi tr-ờng dập hồ quang 3. 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 trong khoảng cách riêng). 4. Trị số dòng điện ngắt giới hạn lớn nhất và công suất ngắt định mức. 5. Tần số của thành phần quá độ điện áp phục hồi và hệ số tăng biên độ. 6. Dòng điện phụ tải của hệ thống tiếp điểm thiết bị dập hồ quang khi làm việc dài hạn. 7. áp suất không khí (khí) cho tr-ớc trong bình chứa và trong các ống dẫn không khí (nếu thiết kế máy ngắt không khí trụ). 8. Thời gian dập hồ quang và chu trình thao tác quy định. 9. Giả định cách bố trí thiết bị dập hồ quangtrong máy ngắt. II) Thiết bị dập hồ quang của máy ngắt chân không - Thiết bị dập hồ quang là một bộ phận quan trọng của máy ngắt chân không, nó 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. - Quá trình dập hồ quang của máy ngắt chân không đ-ợc thực hiện trong dạng buồng kín có mật độ chân không cao trong đó có chứa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động. - Chân không có khả năng dập tắt hồ quang do có độ bền cách điện cao khả năng này có đ-ợc là do mật độ các phân tử khí trong môi tr-ờng chân không là rất thấp 10 -9 mmHg, dẫn đến khả năng ion hoá các phân tử khí khi hồ quang cháy là rất nhỏ. - Cũng bởi độ bền điện của chân không cao và đặc thù của ph-ơng pháp dập hồ quang trong môi tr-ờng chân không nên các máy ngắt chân không có kích th-ớc nhỏ gọn hơn so với máy ngắt dầu và máy ngắt không khí. - Đối với máy ngắt chân không thì việc tạo ra và duy trì môi tr-ờng chân không cho buồng dập hồ quang là rất quan trọng và quyết định đến khả năng làm việc tin cậy của máy ngắt. Bởi vì nếu độ chân không trong buồng dập hồ quang không đ-ợc duy trì thì độ bền cách điện giữa khoảng mở của hai tiếp điểm sẽ giảm và dẫn đến khả năng phóng điện giữa chúng, điều này là hết sức nguy hiểm. *) Nguyên lý dập tắt hồ quang trong môi tr-ờng chân không Khi hai tiếp điểm tách rời nhau thì từ âm cực các điện tử đ-ợc giải phóng và chuyển động về phía d-ơng cực. Giữa hai tiếp điểm tồn tại một điện tr-ờng do đó các điện tử chuyển động trong điện tr-ờng đ-ợc gia tăng tốc độ và khi nó đập vào bề mặt d-ơng cực nó có tốc độ rất lớn phá huỷ d-ơng cực. *)Nguyên lý dập tắt hồ quang trong môi tr-ờng chân không Khi hai tiếp điểm tách rời nhau thì âm cực các điện tử đ-ợc giải phóng và chuyển động về phía d-ơng cực. Giữa hai tiếp điểm tồn tại một điện tr-ờng do các điện tử chuyển động trong điện tr-ờng đ-ợc gia tăng tốc độ và khi nó đập vào bề mặt d-ơng cực nó có tốc độ rất lớn phá huỷ d-ơng cực. Từ d-ơng cực phá huỷ các ion d-ơng. Các ion này chuyển động về âm cực. Sự chuyển động qua lại của các điện tử và ion là nguyên nhân xuất hiện và duy trì dòng hồ quang. Khi các điện tử và các ion chuyển động ng-ợc chiều nhau song song với quá trình ion hoá là quá trình phản ion hoá cũng sảy ra mạnh.Tại thời điểm đầu tiên khi dòng hồ quang qua trị số không hơi kim loại khuyếch tán trong bình chân không do mật độ các phân tử khí trong bình rất thấp nên ít xảy ra ion hoá, ngăn chặn hồ quang cháy lại lần thứ hai. Đối với máy ngắt chân không sau khoảng 10 -5 s dòng điện qua trị số 0 khi khoảng cách cách điện còn nhỏ thì độ bền điện cũng đ-ợc phục hồi. III) Thiết kế buồng dập hồ quang. * )Kết cấu: Buồng dập hồ quang đ-ợc thiết kế có kết cấu nh- hình vẽ, môi tr-ờng chân không tạo ra và duy trì trong buồng kín. Các lá thép là lò xo 1 có tác dụng duy trì môi tr-ờng hồ quang khi thanh dẫn chuyển động trong bình. * Vật liệu: Buồng dập hồ quang đ-ợc chế tạo bằng thép cách đện. * Kích th-ớc buồng dập hồ quang: - Chiều cao buồng dập hồ quang: Từ kết quả của phần tính toán cách điện ta có đ-ợc chiều cao của buồng dạp hồ quang là: h= 35 ( cm ). - Đ-ờng kính trong của buồng dập hồ quang: D = D td + 2S 5 D td đ-ờng kính tiếp điểm S 5 Khoảng cách cách điện từ tiếp điểm tới thành bình buồng dập hồ quang. D = 12 + 2.3 = 18 ( cm ) - 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 - Đ-ờng kính của các lá thép lò xo: Các lá thép lò xo có tác dụng duy trì môi tr-ờng chân không trong buồng dập hồ quang. Ta chọn đ-ờng kính của lá thép này là: D lx = 1,5.D td D td đ-ờng kính thanh dẫn D td = 7 ( cm ) Kết luận: Buồng dập hồ quang thiết kế có các thông số sau: Chiều cao H = 350mm Đ-ờng kính trong D = 180 mm Bề dày thành bình buồng dập hồ quang là 5mm Đ-ờng kính của lá thép lò xo la D lx = 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 tr-ờng chân không bị ion hoá tạo thành các phân tử mang điện do đó độ bền điện không còn đ-ợc 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. dt dU dt dU b ph Trong đó: dt dU ph là tốc độ phục hồi điện áp dt dU b 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. E 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 U ph = U max = 2 U dmf U ph = 3 2 .22 = 17,96 ( KV ) (I) U phbd = U phs ( 1 e -1/T ) Trong đó: U ph : 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. U phbd = U phs Từ đồ thị ta có độ bền điện phục hồi khoảng không gian trong trạng thái làm lạnh khi áp suất của môi tr-ờng chân không và chiều dài khoảng không gian đã cho. U phs = 250 KV ( II ) Từ ( I ) và ( II ) ta thấy độ bền điện phục hồi khoảng không gian giữa tiếp 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 đ-ợc. . Ch-ơng iv Chọn kết cấu và kiểm nghiệm buồng dập hồ quang I)Khái niệm chung về tính toán các thiết bị dập hồ quang Trong máy ngắt cao áp thiết bị dập hồ quang. đ-ợc phục hồi. III) Thiết kế buồng dập hồ quang. * )Kết cấu: Buồng dập hồ quang đ-ợc thiết kế có kết cấu nh- hình vẽ, môi tr-ờng chân không tạo ra và duy