BÁO cáo tìm HIỂU về KCĐ ĐÓNG NGẮT TRUNG CAO áp có bảo vệ máy cắt TĨNH và máy cắt DI ĐỘNG

Năng lượng tác động của tiếp điểm được truyền từpiston thủy lực.Hệ thống làm việc theo nguyên lý piston vi sai: phía mở thanh piston códiện tích nhỏ hơn phía đóng.Thanh piston thường xuy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ KCĐ ĐÓNG NGẮT TRUNG CAO ÁP CÓ BẢO VỆ:

MÁY CẮT TĨNH VÀ MÁY CẮT DI ĐỘNG

GVHD: Th.s Phạm Xuân Hổ

Nhóm thực hiện: Nhóm 14 Đào Phúc Khang - 21142 Nguyễn Phương Khánh- 21142 Bùi Nghĩa - 21142 Thái Thị Huỳnh Như - 21142649 Đinh Minh Thành - 21142372

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11, năm 2022

PHẦN A: MỞ ĐẦU

LỜI GIỚI THIỆU

Thế kỉ 21, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra vô cùng mạnh mẽ

Để thực hiện được quá trình này thì phải có nguồn năng lượng rất lớn, mà điện năng chiếmvai trò vô cùng quan trọng, điện lực đã đóng góp một phần rất lớn đáp ứng nhu cầu pháttriển của đất nước Khi sự phát triển của các lĩnh vực đặc biệt là công nghiệp đang tăng dầnmột cách nhanh chóng, đòi hỏi nhu cầu tiêu thụ điện năng rất lớn để đáp ứng sản xuất –kinh doanh cũng như các hoạt động sinh hoạt chiếu sáng của xã hội đang ngày tăng cao.Điện năng cung cấp cho mọi ngành, mọi lĩnh vực, mọi đối tượng Tuy nhiên trong quá trình

sử dụng điện thì không thể tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra như hiện tượng tăng áp,hiện tượng ngắn mạch, Để đảm bảo tính mạng cho con người khi sử dụng, bảo vệ cácthiết bị điện và tránh khỏi những tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì Khí cụ điện càng ngàycàng đòihỏi nhiều hơn, chất lượng tốt hơn và luôn đổi mới công nghệ

Cùng với sự phát triển của Khoa học – Kỹ thuật thì các loại Khí cụ điện hiện đạiđược sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hóa cao, chính vì vậy mà nhóm em đãchọn đề tài TÌM HIỂU VỀ KCĐ ĐÓNG NGẮT TRUNG CAO ÁP CÓ BẢO VỆ, MÁYCẮT TĨNH VÀ MÁY CẮT ĐỘNG

PHẦN B: NỘI DUNG

1 Máy cắt cao áp

1.1 Định nghĩa của máy cắt cao áp và thông số kỹ thuật

* Định nghĩa: Máy cắt điện cao áp ( còn gọi là máy cắt cao áp ) là thiết bị dùng đểđóng cắt mạch điện có điện áp từ 1000V trở lên ở mọi chế độ vận hành: chế độ định mức,chế độ sự cố, trong đó chế độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch là chế độ nặng nề nhất

- Dòng điện ổn định điện động ( còn gọi là dòng xung kích ): là trị số lớn nhất củadòng điện mà lực điện động do nó sinh ra không làm hỏng thiết bị

- Công suất cắt định mức của MC ba pha( còn gọi là dung lượng cắt): được tính theocông thức: Scđm=√3.Uđm.Icđm(MVA)

Trong đó: Uđm: điện áp định mức(KV) Icđm: dòng điện cắt định mức(KA)

- Thời gian đóng: là giãng thời gian từ khi có tín hiệu đóng đưa vào MC đến khi MCđóng hoàn toàn Thời gian này phụ thuộc vào đặc tuyến cơ cấu truyền động và hành trìnhcủa tiếp điểm động

- Thời gian cắt của MC: là quãng thời gian từ khi có tín hiệu cắt đến khi hồ quang bịdập tắt hoàn toàn Thời gian này phụ thuộc vào đặc tính của cơ cấu cắt( thường lò xo đượctích năng trong quá trình đóng) và thời gian cháy của hồ quang

Ví dụ dưới đây minh họa các giá trị thông số cơ bản của máy cắt SF6 của hãng ABB:máy cắt EXK-0 145kV 2500A 40kA

1.2 Phân loại máy cắt

Máy cắt phân loại dựa theo: môi trường dập hồ quang, môi trường làm việc, kết cấu

* Phân loại theo môi trường dập hồ quang:

- Máy cắt dầu( ít dầu, nhiều dầu)

- Máy cắt lắp đặt ngoài trời

* Phân loại theo kết cấu:

1.3.1 Cơ cấu tác động bằng khí nén.

Cơ cấu khí nén sử dụng khí nén được chứa trong thùng đặt trực tiếp trên máy cắt Khínén đi qua van hình xuyến đến xi lanh tác động khi đóng máy cắt hoặc giảm về áp suất khíquyển khi cắt Thùng chứa không khí được nạp đấy bắng máy nén

Cơ cấu máy cắt khí nén gồm :

1/- Tủ điều khiển; 2/- Trụ đỡ; 3/- Bình chứa máy cắt; 4/- Sứ xuyên

5/- Tụ phân áp; 6/- Dao cách ly chính; 7/- Dao cách ly phụ

8/- điện trở hạn dòng

Hình H.2 Cơ cấu tác động khí nén

1.3.2 Cơ cấu tác động thủy lực.

Cơ cấu thủy lực có bình chứa nitơ để tích năng lượng cần thiết Bộ đệm khí nitơ bịnén truyền áp lực lên dầu thủy lực Năng lượng tác động của tiếp điểm được truyền từpiston thủy lực.Hệ thống làm việc theo nguyên lý piston vi sai: phía mở thanh piston códiện tích nhỏ hơn phía đóng.Thanh piston thường xuyên chịu áp lực, phía bề mặt pistonchịu áp suất hệ thống khi đóng và rời ra khi mở Hệ thống được nạp lại bằng động cơ bơmthủy lực, nó truyền động từ khối áp suất đến bộ chứa nitơ

1.3.3 Cơ cấu tác động lò xo.

Cơ cấu tác động lò xo là hệ thống cơ khí, năng lượng tác động được tích luỹ trong lò

xo Lò xo được nén bằng động cơ điện và được giải phóng qua chốt Khi máy cắt tác động,nam châm hút nhả chốt, lực của lò xo để chuyển tiếp điểm ra khỏi bộ truỵền lực cơ khí

Cơ cấu truyền động lò xo loại FSA do ABB chế tạo trên hình H.3

Hoạt động của cơ cấu FSA

Quá trình đóng: Khi có tín hiệu đóng, chốt giữ C (close) (7) giải phóng trục truyềnđộng chính (1) và kéo căng lò xo đóng (5), đồng thời làm xoay trục tác động (2) thông quathanh truyền C (9) Trục tác động (2) tác động đóng máy cắt và kéo căng lò xo (6) Động cơ(13) kéo căng lò xo đóng (5) sau mổi lần đóng máy cắt Quá trình đóng kết thúc khi tiếpđiểm hành trình của độn cơ tác động

Quá trình mở : Khi có tín hiệu mở chốt giữ O (open) (8) giải phóng trục tác động (2)

và kéo căng lò xo mở (6) tác động mở máy cắt Dải tiếp điểm phụ (15) nối với cơ cấu tácđộng đảm bảo máy cắt tác động chính xác

1.3.4 Cơ cấu tác động lò xo thủy lực.

Cơ cấu hệ thống lò xo thủy lực là phối hợp giữa hệ thống thủy lực và lò xo Nănglượng được tích luỹ trong lò xo và được kéo căng bằng thủy lực Năng lượng được truyềnbằng thủy lực, khi các tiếp điểm máy cắt đóng hay mở bắng piston vi sai, cơ cấu làm việchoàn toàn như hệ thống thuỷ lực Cơ cấu lò xo thủy lực có nhiều kích cỡ Tất cả được thiết

kế sao cho không có ống nối ngoài, mọi điểm làm kín áp suất động lớn, được bố trí giữadầu áp suất cao và dầu áp suất thấp dầu không thoát ra ngoài khi bị rò rỉ nhẹ

Cơ cấu tác động lò xo thủy lực loại HMB-1 do ABB chế tạo hình H.4

Hình H.4 Cơ cấu tác động lò xo thủy lực HMB-1 của ABB

Hình H.4a Mặt cắt cơ cấu truyền động thuỷ lực

1.Lò xo; 2 Thanh nối; 3 Piston vi sai; 4 Xilanh nén; 5 Nơi có áp suất cao;

6 Nơi có áp suất thấp; 7 Piston điều khiển; 8 Hộp nối với máy cắt;

9 Khoáliên động; 10 Động cơ; 11 Bơm thuỷ lực; 12 Buồng dầu áp suất thấp;

13 Van kiểm tra dầu; 14 Van áp lực; 15 Thanh nối; 16 Công tắc chuyển đổi;17a Nam châm mở; 17b Nam châm đóng; 18 Van động

Hình H.4b

Hình H.4c

Hoạt động của cơ cấu HMB-1

Cơ cấu truyền động làm việc theo nguyên lý piston vi sai, phần đầu piston vi sai(3)

có tiết diện lớn hơn phần thanh piston Bơm thủy lực (11) hút dầu dưới tác động của áp suấtcao (5) chứa phần đầu piston và phần thanh nối (15), nén lò xo (1) khi có tín hiệu từ bơm(11) qua tiếp điểm (16) Bơm ngừng tác động khi cân bằng áp suất trong hệ thống Bề mặtcủa piston (3) thường xuyên chịu áp suất hệ thống và mặt bên của piston (3) được nối với

phần có áp suất thấp (6) Khoá liên động (9) giữ piston điều khiển (7) ở vị trí đóng, nó cũngnối với phần có áp suất cao (5) như hình H.4 và H.5

Quá trình đóng: Là quá trình phóng thích lò xo (1) khi có tín hiệu đóng nam châmđóng (17a) tác động hút van động (18), piston điều khiển (7) di chuyển từ dưới lên trên(như hình H.3) thay đổi vị trí so với tiếp điểm khi mở Khi đó một đầu piston (3) trong phần

áp suất cao và đầu kia trong phần áp suất thấp Đưới tác động của quá trình chênh lệch áp,dầu chảy từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp, nhờ bơm thủy lực(11) làm piston(7) di chuyển hướng lên so với vị trí mở và đóng tiếp điểm Vị trí của piston (7) được chốtbởi khoá liên động (9)

Quá trình mở : Là quá trình nén lò xo (1), khi có tín hiệu mở nam châm mở (17b) tácđộng van (18) trở về vị trí ban đầu Dầu chảy từ nơi có áp suất thấp sang nơi có áp suất caolàm piston di chuyển từ trên xuống dưới mở tiếp điểm Các máy cắt cao áp hiện đại củaABB thường được trang bị bằng cơ cấu tác động lò xo thủy lực

1.4 Cơ cấu điều khiển

1.4.1 Điều khiển điện.

Bộ chỉ thị một pha dùng cho máy cắt có tác động một cực Nếu mạch “nhảy” của máycắt bị hư hỏng, cực này không đáp ứng với lệnh “nhảy” và ba cực của máy cắt ở các vị tríkhác nhau Hệ thống chỉ thị lệch pha phát hiện sai lệch này và sau khi cài đặt lại thời gianchờ đợi hai giây, nó sẽ tác động mở cả 3 cực của máy cắt Máy cắt 3 cực tự đóng lại khôngcần bộ giám sát lệch pha, bởi vì 3 cực liên động với nhau bằng cơ khí

1.4.2 Điều khiển chống bơm.

Điều khiển chống bơm để phòng thao tác lặp lại không mong muốn của một haynhiều máy cắt nếu lệnh mở tiếp theo là lệnh đóng bị lặp lại Do đó, máy cắt đóng không quámột lần rồi sau đó bị khoá, nghĩa là nó cần nằm ở vị trí mở bất chấp lệnh điều khiển nàođược áp dụng hoặc kéo dài trong bao lâu

1.4.3 Thao tác dừng động cơ.

Tuỳ theo hệ thống và thực hiện chu trình đóng cắt, máy nén hay máy bơm đòi hỏimột khoảng thời gian để khôi phục lại năng lượng đã mất Nếu có rò trên hệ thống nén,động cơ sẽ khởi động lại hay chạy liên tục Chạy không dừng thể hiện như rối loạn và sẽđược ra tín hiệu ngắt

1.4.4 Giám sát khí.

Khả năng cắt của máy cắt phụ thuộc vào lượng khí trong buồng ngắt và được đo bằngđồng hồ áp suất có bù nhiệt Sẽ báo động nếu mật độ khí trong buồng giảm đến một giá trịđặt trước và nếu mật độ khí giảm tiếp đến giới hạn quy định tối thiểu, máy cắt bị khoá

1.4.5 Điều khiển tại chỗ và điều khiển xa.

Bằng công tắc chọn trên máy cắt cho phép công việc điều khiển tiến hành trên máycắt thường được điều khiển tại chỗ ở tủ điện, cũng như chuyển điều khiển từ bộ điều khiển

từ xa

1.4.6 Giám sát năng lượng.

Với các thao tác bằng khí nén và thủy lực, áp suất không khí hay dầu được chỉ thị vàđiều khiển bằng công tắc áp suất nhiều cực Nó thực hiện các chức năng sau:

- Điều khiển máy nén hoặc động cơ bơm

- Khoá liên động “mở”, khoá liên động “đóng”, khoá liên động “tự đóng lại” tuỳ theo

áp suất hệ thống

- Cơ cấu lò xo thủy lực không đòi hỏi điều khiển áp suất Thay vào đó là các bộ chỉthị, hệ thống cửa và điều khiển ứng suất của lò xo ( hành trình của lò xo ) được xem nhưnăng lượng để tác động

2 Máy cắt tĩnh trung cao áp (DEAD TANK)

2.1 Máy cắt khí SF6:

Khí SF6 được sử dụng nhiều trong thiết bị đóng cắt cao áp bởi chúng có rất nhiều ưuđiểm Nổi bật nhất là có tính ổn định điện cực rất cao Có độ bền điện môi vượt trội, có thểdập hồ quang hiệu quả dưới điện cao áp Khí Sulfure hexafluoride không cháy, không ănmòn những phần tử bên trong thiết bị đóng cắt

Ngay cả khi SF6 tạm thời bị phân hủy khi xảy ra hồ quang thì sau đó phần lớn nó sẽtrở lại trạng thái ban đầu Ở dạng tinh khiết, khí SF6 không độc và không có nguy cơ gâyhại đến sức khỏe con người, với điều kiện là phòng đặt máy cắt và kho chứa được thông giótốt

2.1.1 Cấu tạo cơ bản: SF6 thông dụng thường có hai bộ phận chính là phần dập hồ quang

và phần đóng cắt Trong đó, phần dập hồ quang bao gồm nhiều bộ phận, chi tiết kỹ thuậtnhư:

dập hồ quang bởi nó không làm mòn các thiết bị bên trong máy Còn cơ cấu đóng cắt đó là

hệ thống thanh dẫn, tiếp điểm, lò xo và động cơ điện

Khí SF6 được nén và dự trữ trong 1 bình chứa áp lực cao Khi thực hiện ngắt mạch,khí SF6 nén cao áp được phân tán thông qua những vòng cung trong máy cắt Khi thực hiệnxong dập hồ quang thì SF6 được thu hồi chứa trong thiết bị áp lực thấp Sau đó được néntrở lại bình chứa áp lực cao nhằm tái sử dụng

2.2 Máy cắt dầu (OCB):

Máy cắt dầu còn được gọi là máy cắt OCB (Oil Circuit Breaker) Máy cắt dầu là loạimáy cắt có lịch sử lâu đời nhất và sử dụng dầu cách điện để làm phương tiện dập tắt hồquang Đối với máy cắt dầu, các tiếp điểm đóng - cắt được bố trí nằm bên trong dầu cáchđiện và khi xảy ra lỗi trong hệ thống, các tiếp điểm sẽ mở bên trong môi trường dầu

Các tiếp điểm được ngâm trong một loại dầu điện môi Khi tách, hồ quang làm chodầu bị phá vỡ giải phóng hydro (hydro ≈70%, ethylene ≈ 20% metan ≈ 10% và carbon tựdo): một môi trường tuyệt chủng tốt Năng lượng hồ quang 100 kJ tạo ra khoảng 10 lít khí.Khí này tạo thành một bong bóng chịu trong quá trình phá vỡ áp suất động có thể đạt tới 50đến 100 bar Khí nở ra và thổi vào hồ quang bị dập tắt khi dòng điện đi qua 0 Ưu điểmchính của máy cắt dầu là không yêu cầu các thiết bị đặc biệt để kiểm soát hồ quang điện,trên thực tế là dầu cung cấp cách điện giữa các tiếp điểm sau khi hồ quang đã được dập tắt.Máy cắt OCB thường sử dụng cho cả cấp điện áp cao thế và trung thế, hiện nay máy cắt dầuđược sản xuất rất hạn chế

2.2.1 Phân loại:

- Máy cắt nhiều dầu: Dầu được sử dụng như một chất cách điện và làm môi trường

phá vỡ Các thiết bị cực kỳ lớn Mức độ bảo trì cao là cần thiết để theo dõi độ tinh khiết củadầu và duy trì tính chất điện môi của nó

- Máy cắt ít dầu: Dầu được sử dụng làm môi trường phá vỡ Vòng cung và bong bóngđược giới hạn trong một buồng phá vỡ cách điện Áp suất khí tăng lên khi hồ quang đi quamột tập hợp các buồng liên tiếp, sau đó nó mở rộng qua một ống dẫn trong vùng hồ quang

và bị dập tắt khi dòng điện đi qua 0

- Hạn chế:

+ Sự cố dầu không thể đảo ngược

+ Sự cố dầu và mài mòn tiếp xúc làm giảm độ bền điện môi do đó gây ra chi phí bảotrì bổ sung.

+ Trong trường hợp đóng lại nhanh chóng, cực vẫn ở áp suất cao và khả năng phá vỡcủa nó bị giảm

+ Nguy cơ cháy nổ không được loại bỏ hoàn toàn

- Ứng dụng:

+ Các lĩnh vực ứng dụng để phá vỡ trong dầu Kỹ thuật phá vỡ này đã được sử dụngrộng rãi trong truyền tải và phân phối năng lượng điện

+ Nó đang dần được thay thế bằng kỹ thuật phá chân không và SF6

2.2.2 Máy cắt nhiều dầu:

Ở vị trí đóng, tiếp điểm động tiếp xúc với các tiếp điểm tĩnh nhờ khóa giữ cơ khí của

bộ truyền động Khi khóa mở tiếp điểm động rơi xuống cắt mạch điện ở hai chỗ, dòng điệnchạy qua tiếp điểm bị cắt sẽ sinh hồ quang Do nhiệt độ hồ quang cao, dầu chung quanh nó

bị phân tích và bôc hơi tạo thành những bọt khí mà trong đó hyđrô chiếm đến 70% Hyđrô

là môi trường dập tắt hồ quang tốt vì nó hâp thụ nhiều nhiệt lượng của hồ quang và là chấtđiện môi khá bền vững Mặt khác, sau mỗi nửa chu kỳ dòng điện xoay chiều sẽ qua trị sốkhông, hồ quang tự nhiên dập tắt Nhưng vì trong thời gian tồn tại hồ quang giữa các tiếpđiểm đã có số lượng ion hóa, nên khi điện áp nửa chu kỳ sau tăng lên đạt đến trị số phóngđiện, thì hồ quang lại phát sinh Hiện tượng này tiếp diễn trong thời gian rất ngắn cho đếnkhi khoảng cách giữa các tiếp điểm đủ lớn, để điện áp đặt lên nó nhỏ hơn điện áp phóngđiện, thì hồ quang vĩnh viễn dập tắt.

Nhược điểm của loại máy cắt nhiều dầu là không có thiết bị dập hồ quang đặc biệt,sô” lượng khí tạo ra trong thùng dầu khá lớn, gây nên áp lực mạnh ở tường và nắp thùng, do

đó dễ nổ, dễ vỡ thùng dầu Cho nên máy cắt điện phải đặt trong phòng chống nổ Mức độđảm bảo về an toàn trong lúc vận hành kém

Loại máy cắt điện này dùng ở các trạm phát điện công suất nhỏ, các trạm biến áp xínghiệp mà điện áp làm việc không quá 10KV

2.2.3 Máy cắt ít dầu:

Máy cắt ít dầu là loại máy cắt có thiết bị dập hồ quang đặc biệt, nên có thể giảm bớtkhối lượng dầu chứa trong thùng

Với máy ngắt ít dầu từ 35kV tới 110kV có một chỗ cắt trên một pha, máy ngắt điện

áp cao hơn có nhiều chỗ ngắt hơn

Máy ngắt ít dầu thường dùng cho TBPP trong nhà có điện áp 6 đến 110kV TBPPngoài trời 35,110,220kV có công suất lớn

Nhưng loại máy cắt này có nhược điểm là công suất cắt bé hơn loại nhiều dầu Mặtkhác vi lượng dầu ít nên dầu mau bẩn, chất lượng giam nhanh, phải thay dầu