Đồ án tìm hiểu các loại máy cắt điện

Chương I. Máy cắt điện và các thông số kỹ thuật cơ bản Chương II. Các loại máy cắt điện thường dùng II. Máy cắt nhiều dầu có buồng dập hồ quang III. Máy cắt điện ít dầu IV.Máy cắt điện không khí V. Máy cắt SF6 VI. Máy cắt chân không VCB

LỜI CẢM ƠN

Đối với mỗi một sinh viên, đồ án là một phần dấu rất quan trọng trước khi ra trường

Nó là sự nghiên cứu một cách rộng rãi về một đề tài để mỗi sinh viên chúng em có đượcnhững hiểu biết hữu ích làm hành trang cho cuộc sống.Với tầm quan trọng của đề tài, nhómchúng em đã cố gắng và nỗ lực một cách hết sức để có thể hoàn thành đồ án một cách tốtnhất

Trong quá trình hoàn thành đồ án, nhóm chúng em đã được sự hướng dẫn vô cùngtận tình của thầy giáo TS Bùi Anh Tuấn Chúng em xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thànhnhất vì thầy đã hướng cho em những đề mục hợp lý nhất để có thể hoàn thành đồ án củamình một cách trọn vẹn

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa CNTĐ trường ĐH ĐiệnLực đã giúp em hoàn thành đồ án của mình

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh nhiều thiếusót, mong Thầy Cô, và các bạn góp ý để bài báo cáo của chúng em được hoàn chỉnh tốthơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn và kính chúc các thầy cô và các bạn luôn trản đầysức khỏe và thành công nhiều hơn trong cuộc sống!

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là nguồn năng lượng quan trọng trong sản xuất và sinh hoạt Nó có ưu

điểm là dễ sản xuất và truyền tải Trong quá trình truyền tải phải sử dụng điện áp cao, vì thế

vấn đề đóng cắt và bảo vệ mạch điện cao áp nảy sinh, người ta đã dùng các loại máy ngắt

Máy cắt ngắt mạch điện một cách tự động khi hệ thống có sự cố và ngắt mạch điện khi

muốn nâng cấp và sửa chữa hệ thống điện

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, máy cắt điện được sản xuất ngày một nhỏ

hơn, nhẹ hơn và làm việc tin cậy hơn Để tìm hiểu sâu hơn về các loại máy cắt điện thường

dùng trong thực tế, nhóm 7 xin trình bày về nội dung đề tài :

“ Các loại máy cắt điện”

Sinh viên thực hiện

Nhóm 7

Chương I MÁY CẮT ĐIỆN VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN

2 Ký hiệu máy cắt điện trên sơ đồ mạch:

3 Phân loại máy cắt điện:

a Phân loại theo cấu tạo: gồm:

- Máy cắt một hớng và máy cắt nhiều hớng

- Máy cắt một buồng dập hồ quang và máy cắt nhiều buồng dập hồ quang trên cùng mộtpha

- Máy cắt có lò xo tích năng và máy cắt không có lò xo tích năng

b Phân loại theo vị trí lắp đặt:

- Máy cắt lắp đặt trong nhà

- Máy cắt lắp đặt ngoài trời, phải chịu khí hậu khắc nghiệt, chống được ăn mòn hoá học

c Phân loại theo phơng pháp dập tắt hồ quang:

- Máy cắt điện nhiều dầu không có buồng dập tắt hồ quang

- Máy cắt điện nhiều dầu có buồng dập tắt hồ quang

- Máy cắt điện không khí

- Máy cắt điện ít dầu

- Máy cắt điện khí SF6

- Máy cắt điện tự sinh khí

- Máy cắt điện chân không

- Máy cắt điện từ (dập tắt hồ quang bằng từ trờng)

4 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của máy cắt điện:

- Máy cắt điện phải có khả năng cắt tự động , thời gian cắt bé (cắt nhanh) tránh được hồquang cháy phục hồi.

- Độ tin cậy cao : khi đóng cắt không được gây cháy nổ và các hiện tượng hỏng khác

- Phải có khả năng đóng cắt một số lần nhất định phải đưa ra bảo dưỡng, sữa chữa

- Kích thước gọn, trọng lượng nhẹ, kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt, dễ vận hành, giá thành hợp

lý An toàn khi cắt (không gây cháy nổ, không gây quá điện áp khi cắt)

II Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy cắt điện:

a Điện áp định mức : Uđm là điện áp cao nhất đặt vào máy cắt, mà máy cắt có thể vận hành

an toàn (còn được gọi là điện áp danh định của máy cắt)

b Dòng điện định mức : Iđm là trị số hiệu dụng lớn nhất chạy qua máy cắt khi nó vận hànhlâu dài, nhưng vẫn đảm bảo giữ nhiệt độ các bộ phận của máy cắt thấp hơn nhiệt độ chophép

c Dòng điện cắt định mức: Icđm đặt trưng cho khả năng cắt của máy cắt, là dòng điện ngắnmạch ba pha hiệu dụng toàn phần mà máy cắt có thể cắt được an toàn

d Dòng điện đóng định mức: Idđm trong vận hành có trường hợp máy cắt đóng lúc mạch điệnđang bị ngắn mạch (đóng lặp lại) Khả năng đóng của máy cắt khi mạch điện đang ngắnmạch, được đặc trưng bởi Idđm là dòng điện ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhấtchạy qua máy cắt, nó có thể đóng vào mà không làm hư hỏng máy cắt

g Thời gian cắt : Tc là khoảng thời gian tính từ khi cuộn dây nam châm điện điều khiển cắt

có điện, đến khi hồ quang bị dập tắt hoàn toàn

Tc = ttruyền động + tkhử ion

h Vị trí lắp đặt máy cắt điện:

Chương II CÁC LOẠI MÁY CẮT ĐIỆN THƯỜNG DÙNG

I Máy cắt điện nhiều dầu không có buông dập hồ quang

1 Đặc điểm, cấu tạo

1 Cực bắt dây nguồn tới máy cắt

Hình 1 Cấu tạo máy cắt một pha

Ở loại máy cắt này dầu chứa một lợng đủ lớn vừa để cách điện vừa để dập tắt hồquang(hàng trăm lít)

2 Nguyên lý làm việc :

Nếu máy cắt đang ở vị trí đóng, tiếp xúc động 7 đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 8, lò xotích năng 10 ở trạng thái nén, đèn tín hiệu chỉ màu đỏ, dòng điện từ nguồn bắt qua cực bắtdây 11 về tải Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc từ khoá điều khiển thì bộ truyền động đượcgiải phóng khỏi vị trí đóng, lò xo tích năng đẩy thanh truyền động 5 sập xuống, đa tiếp xúcđộng rời khỏi tiếp xúc tĩnh 8, mạch điện được cắt, hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúcđộng và tĩnh khi cắt đốt nóng cục bộ làm dầu bị phân tích thành hơi là hỗn hợp khí các bonhyđrô nhẹ, trong đó hyđro chiếm tới 70%, áp suất có thể đạt tới(100-140 N/Cm2) làm chodầu bị xáo trộn mạnh, đẩy tia hồ quang vào sau trong dầu Mặt khác lực điện từ do dòng

điện chạy ngợc chiều cũng đẩy tia hồ quang vào sâu trong lớp dầu ngoài Vì vậy hồ quang

bị làm nguội và dập tắt, tuy vậy tốc độ luồng khí không đủ mạnh dập tắt hồ quang nhanh,nên loại máy cắt này thời gian cắt thường bị kéo dài

3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:

a, Ưu điểm:

Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, giá thành không cao

b,Nhược điểm:

Sau một số lần đóng cắt dầu nhanh chóng bẩn, do một phần cacbonhiđroxit bị

cháy, chất lợng dầu giảm nên phải lọc dầu, thay dầu gây ra tốn kém, mặt khác loại máy cắtnày thời gian cắt không nhanh, nguy cơ cháy nổ cao, vì chứa nhiều dầu cho nên thườngđược chế tạo có công suất cắt không lớn, điện áp vận hành nhỏ hơn 15 KV

II Máy cắt nhiều dầu có buồng dập hồ quang

1 Đặc điểm cấu tạo

Hình 2 Cấu tạo máy cắt điện nhiều dầu có buồng dập hồ quang

1 Thanh truyền động;2 Buồng dập hồ quang;3 Tiếp xúc tĩnh;4 Tiếp xúc động;5 Lỗ thoát

dầu;6 Dây dẫn mềm;7 Lò xo tích năng;8.Điện trở phân áp

Để khắc phục những nhược điểm cơ bản của máy cắt điện nhiều dầu không có buồngdập hồ quang, ngời ta cải tiến chế tạo ra loại máy cắt này, buồng dập hồ quang được lắp đặt

cố định bao lấy tiếp xúc động và tĩnh của máy cắt như hình vẽ 2

Điện trở phân áp số 8 có tác dụng phân đều điện áp trên các điện áp trên các điểmcắt, tránh hiện tợng điện áp cục bộ các điểm cắt không đều, gây ra hồ quang cháy phục hồisau khi cắt, làm quá điện áp và h hỏng máy cắt

2 Nguyên lý làm việc:

Nếu máy cắt đang ở vị trí đóng, dòng điện từ nguồn qua thanh dãn sứ xuyên qua tiếpxúc tĩnh 3 qua tiếp xúc động 4 qua dây dẫn 6 về tải Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc khoáđiều khiển, bộ truyền động được giải phóng khỏi vị trí đóng, lò xo tích năng 7 đẩy thanhtruyền động 1 xập xuống, đa tiếp xúc động 4 rời khỏi tiếp xúc tĩnh 3, mạch điện được cắt

Hồ quang phát sinh giữa tiếp xúc động và tĩnh, đốt nóng và phân tích dầu trong buồng dậpthành hỗn hợp khí cacbuahiđroxit làm cho áp suất trong buồng dập tăng lên rất lớn đạt tới(400-500)N/cm2 phụt qua lỗ 5 tạo thành luồng khí thổi ngang cắt đứt tia hồ quang Sau một

số lần đóng cắt, muội dầu do các bua hiđrô cháy sinh ra bám lại trong buồng dập cho nênphải đa máy cắt ra bảo dỡng làm sạch muội dầu

3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:

Loại máy cắt này, dập hồ quang bằng hơi dầu áp suất cao, thời gian cắt nhanh, muộidầu bám lại trong buồng dập hồ quang nên dầu ít bị bẩn Nguy cơ cháy nổ giảm, nên có thểchế tạo máy cắt có công suất lớn, điện áp vận hành cao Loại máy cắt dầu điện áp vận hành

từ 100-220 KV được chế tạo nhiều buồng dập hồ quang nối tiếp nhau trên cùng một pha

III Máy cắt điện ít dầu

1 Đặc điểm, cấu tạo

1 Buồng phân ly dầu

14 Nắp đổ dầu Hình 3 Cấu tạo máy cắt ít dầu

Ở máy cắt ít dầu: dầu chủ yếu dùng để dập tắt hồ quang và đóng vai trò cách điệntăng cờng cho các loại cách điện rắn khác như nhựa êbôxi, têchtôlít

Cấu tạo buồng dập hồ quang : vỏ bằng thép hình trụ, bên trong lót vật liệu cách điệnrắn là nhựa êbôxi và sợi thuỷ tinh, lớp kế theo là các tấm cách tử, đợc chế tạo từ vật liệucách điện rắn Hêtinắc, tếchtôlit ghép song song với nhau theo mặt phẳng ngang Giữachúng có khe hẹp chứa dầu như hình vẽ Ở máy cắt, điện áp vận hành từ 110 KV trở lên, cónhiều điểm cắt trên mỗi pha Buồng hãm xung 7 có tác dụng giảm rung động va đập khimáy cắt hoặc đóng mạch Buồng phân ly dầu 1 có tác dụng ngưng tụ hơi dầu thoát ra theosản phẩm cháy để lọc và tiết kiệm dầu

2 Nguyên lý làm việc :

Nếu máy cắt ở vị trí đóng, đèn tín hiệu chỉ màu đỏ, tiếp xúc động 12 đóng chặt vàotiếp xúc tĩnh 10, khi đó dòng điện từ nguồn qua cực bắt dây số 8 qua tiếp xúc tĩnh, qua tiếpxúc động qua tiếp xúc lăn3 qua cực bắt dây 4 ra tải Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc khoáđiều khiển thì bộ truyền động đợc giải phóng khỏi vị trí đóng, kéo tiếp xúc động rời khỏitiếp xúc tĩnh Hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc, đốt nóng phân tích dầu trong cáckhe hẹp chứa dầu Bởi vì trong các khe hẹp dầu bị phân tích thành hơi, làm cho áp suấttrong buồng dập hồ quang tăng lên rất lớn có thể đạt tới 15-20 at ép dầu dồn vào buồng hãmxung 7 còn hơi dầu trong buồng tụ nén lại Khi tiếp xúc động chuyển động lên khỏi khe hở,

hơi dầu đợc thoát ra, phụt qua các rãnh hẹp tạo thành luồng khí thổi ngang dập tắt hồ quang.Sản phẩm cháy và hơi dầu thoát lên buồng phân ly 1 ở đó hơi dầu đợc ngng tụ, lọc sạch đatrở về buồng chứa dầu, còn sản phẩm cháy thoát ra ngoài Sau khi giải trừ sự cố, đóng lạimáy cắt qua khoá điều khiển.

3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng:

- Ưu điểm: Cấu tạo gọn nhẹ, ít dầu, ít nguy cơ cháy nổ khi dóng cắt mạch, thời gian

cắt nhanh, công suất cắt lớn, phạm vi sử dụng rộng rãi, chế tạo ở nhiều cấp điện áp vận hành

từ 3 KV trở lên, công suất cắt tới 12000MVA

-Nhược điểm cơ bản của loại máy cắt này là xung va đập và tiếng ồn khi đóng cắt

lớn, giá thành cao

IV.Máy cắt điện không khí

1 Đặc điểm, cấu tạo

Hình 4 Máy cắt điện không khí

Ở loại máy cắt này điều khiển truyền động và dập tắt hồ quang điện dùng không khí

đã sấy khô lọc sạch nén ở áp suất cao ( từ 20 đến 40 at ) ) dùng để thổi hồ quang và thao táccắt máy vì vậy máy cắt loại này được gọi là máy cắt không khí hay máy cắt khí nén Dokhông cần thời gian tạo ra sản phẩm khí như ở các loại máy cắt dầu nên quá trình dập hồquang rất nhanh Thời gian cắt khoảng 0,17, công suất cắt có thể đạt tới 15000MVA

2 Nguyên lý làm việc :

Nếu máy cắt ở vị trí đóng thì van K2 mở, van K1 đóng, tiếp xúc động 2 đóng chặtvào tiếp xúc tĩnh 1, đèn tín hiệu báo màu đỏ, dòng điện từ nguồn qua cực bắt dây 6 ra tải.Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc khoá điều khiển, van K1 sẽ mở khí nén áp suất cao vào ngăntrên của xilanh đẩy pittông 4 chuyển động xuống phía dới kéo tiếp xúc động 2 rời khỏi tiếpxúc tĩnh 1 Hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh đợc khí nén áp suất caothổi trực tiếp dập tắt, sản phẩm khí cháy thoát ra ngoài qua lỗ 9 Khi đóng máy cắt, van K2

mở khí nén áp suất cao vào ngăn xilanh đẩy pitông 4 chuyển động lên trên đa tiếp xúc độngđóng chặt vào tiếp xúc tĩnh Không khí nén khô và sạch được nén với áp suất cao thổi hồquang và thao tác cắt

Nguyên lý kết cấu của máy cắt rất đa dạng phụ thuộc vào điện áp ,dòng điện địnhmức , phương thức truyền khí nén vào bình cắt và trạng thái tiếp điểm sau khi cắt

3 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng :

-Ưu điểm chính của máy cắt loại này là khả năng cắt lớn , có thể cắt dòng điện tới

100 KA , thời gian cắt bé , có tuổi thọ cao , không gây nổ

-Nhược điểm là cồng kềnh vì phải có thêm hệ thống sấy, lọc và nén khí, nên mặt

bằng lắp đặt đòi hỏi phải đủ lớn Khi đóng cắt vẫn gây tiếng ồn lớn, giá thành còn cao Loạimáy cắt này chỉ thích hợp lắp đặt ở những trạm hoặc nhà máy điện có nhiều máy cắt khôngkhí giống nhau dùng chung một hệ thống lọc, sấy và nén khí, mới có hiệu quả kinh tế, do đóloại máy cắt này có phạm vi sử dụng chưa rộng rãi

V Máy cắt SF 6

1 Giới thiệu chung về máy cắt điện FS 6

Hình 5 Máy cắt điện sử dụng khí SF 6

Từ năm 1969 nghiên cứu và sản xuất máy ngắt SF6 với điện áp cao và siêu cao áp vớiđiện áp định mức nằm trong khoảng 3 – 800 KV, dòng điện ngắt lên đến 80 KA áp suất khí

SF6 trong buồng dập hồ quang 7 – 8(at) vỏ bằng kim loại hoặc bằng sứ cách điện

Để tăng hiệu ứng dập hồ quang trong môi trường khí và giảm kích thước cách điệnngười ta sử dụng khí SF6 Loại khí này có những đặc điểm sau:

- Ở áp suất bình thường độ bền của khí SF6 gấp 2,5 lần so với không khí, còn ở áp suất

2 at(0,2 Mpa) độ bền điện áp của khí này tương đương với dầu máy biến áp

- Khả năng dập hồ quang của buồng hồ quang dập kiểu thổi dọc khí SF6 lớn gấp 5 lần

so với không khí, vì vậy giảm được thời gian cháy của hồ quang, tăng khả năng cắt, tăngtuổi thọ tiếp điểm

- SF6 là loại khí trơ, không phản ứng với oxy, hiđrô, ít bị phân tích thành các khí thànhphần Một năm giảm 1% khí SF6 nên lâu phải thay thế

Nhược điểm chính của loại khí này là nhiệt độ hoá lỏng thấp Ở áp suất 13,1 at(1,31Mpa) nhiệt độ hoá lỏng của nó là 00C, còn ở áp suất thấp 3,5 at (0,35 Mpa) là -400C Vì vậyloại SF6 chỉ dùng ở áp suất không cao để tránh phải dùng thiết bị hâm nóng Mặt khác khínày chỉ có chất lượng tốt khi không có tạp chất

Máy ngắt SF6 được thiết kế, chế tạo cho mọi cấp cách điện áp cao áp từ 3KV đến800KV bởi tính năng ưu việt của nó: khả năng cắt lớn, khích thước nhỏ gọn, độ an toàn tincậy cao, tuổi thọ cao, chi phí bảo dưỡng thấp.

2 Cấu tạo máy cắt FS 6 (do hãng Schneider chế tạo)

Đây là bộ phân quan trọng của khí cụ điện nói chung và máy ngắt nói riêng Tiếp điểm

có chức năng đóng ngắt trong máy ngắt, do đó khi làm việc tiếp điểm phải chịu một dòngđiện lớn và phải chịu nhiệt độ rất cao (nhất là khi ngắt mạch) Do vậy, với dòng điện địnhmức 1000A ta chọn kết cấu tiếp điểm dạng hoa huệ, vật liệu làm tiếp điểm làm bằng đồng làthích hợp nhất

b Buồng dập hồ quang:

Khi đóng cắt giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh có hồ quang phát sinh, hồ quangđực dập tắt trong môi trường khí SF6 Có hai phương pháp thổi hồ quang:

- Thổi từ: Dùng từ trường để kéo dài hồ quang Phương pháp này hiện nay ít dùng

- Theo nguyên tắc tự thổi: Dùng cơ cấu pittong – tiếp điểm Qua phân tích ta chọn kếtcấu buồng dập hồ quang theo nguyên tắc tự thổi

c Cơ cấu truyền động:

Sử dụng động cơ điện nạp năng lượng vào lo xo ngăt

d Kết cấu các bộ phận dẫn điện:

- Mỗi pha sử dụng một buồng dập hồ quang nên việc tính toán cách điện giữa các phachỉ cần tính toán ở đầu voà và đầu ra trên một pha còn các pha khác tương tự như thế.

- Cách điện giữa các bộ phận mang điện với đất ta chọn kết cấu sứ trụ

VI Máy cắt chân không VCB

Kết hợp cơ cấu thao tác thực hiện van chân không phương thức mới và 700.000 thiết

bị đóng mở chân không nên rất nhỏ và nhẹ

Thiết bị cắt dạng VZ đã đạt chứng nhận KEMA và CESI

b,Tính an toàn

Tính năng điện và cấu tạo máy tuân theo JEC-2300(1998), IEC 60056(1987)

Có thể trang bị khóa cơ khí với thiết bị tiếp đất trong thiết bị đóng ngắt và cửa

Trang bị hệ thống quản lý chất lượng nhất quán từ thiết kế đến sản xuất, thử nghiệm

c,Tính bảo dưỡng

Sử dụng van chân không có tính tin cậy cao cho phần cắt

Cơ cấu thao tác được bố trí cơ cấu ít sự cố 1 cách toàn diện nên tuổi thọ cao và việc bảo trì, kiểm tra cũng dễ dàng

d,Quan tâm đến môi trường

Không sử dụng vật chất phá hủy môi trường

Không gây tiếng ồn khi ngắt dòng điện