may ngat dauBK.Doc

Máy ngắt đầu BK

Lời Nói Đầu

Để hòa nhập với nền kinh tế thế giới và để theo kịp các nớc phát triển.Đất nớc

ta đang thúc đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa.Để thực hiện đợc quá công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa chúng ta đang chú ý phát triển nhiều nghành,trong đó nghành điện là nghành rất quan trọng.Có thể nói đất nớc muốn phát triển thì đầu tiên nghành năng lợng điện phải phát triển.Bởi vì mọi lĩnh vực sản suất đều rất cần đến điện

Trong quá trình truyền tải vầ vận hành sử dụng điện không thể tránh khỏi các sự cố

nh quá điện áp ,ngắn mạch dẫn đến sự quá dòng điện.Để đảm bảo an toàn khi vận hành và sử dụng điện chúng ta cần có các khí cụ điện tự động bảo vệ sự cố.Trong đó máy ngắt dầu là một khí cụ quan trọng

Đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo tận tình của thày giáo:Bùi Tín Hữu đã giúp em nghiên cứu máy ngắt dầu.Do kinh nghiệm thực tế còn thiếu nên không thể tránh khỏi các sai lầm thiếu sót nhng với sự hớng dẫn tận tình của thày em sẽ cố gắng hoàn thiện và làm tốt hơn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thày

Hà Nội 28-10-2004

Phần I:khái quát về máy ngắt dầu

I)Khái quát và công dụng

Máy ngắt dầu là thiết bị dùng đẻ đóng cắt trong các điều kiện bình thờng và tự

động ngắt khi có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải.Máy ngắt dầu làm việc ở dòng ngắn mạch hoặc quá tải là trạng thái làm việc nặng nề nhất của máy.tùy theo môi trờng dập

hồ quang mà ta có thể phân thành các loại máy ngắt khác nhau

[[[[[[[[{{{{{–máy ngắt dầu sử dụng dầu làm cách điện và làm tác nhân dập hồ quang máy ngắt dầu làm việc có độ tin cậy cao lên đợc sử dụng nhiều trong thực tế

Nguyên lý làm việc của máy ngắt dầu:

Trong quá trình ngắt hồ quang phát sinh ra giữa các tiếp điểm tiếp xúc trực tiếp với dầu dới tác dụng của nhiệt độ cao của dầu (khoảng 5000 đến 60000c)làm cho dầu nhanh tróng sôi và bốc hơi tạo thành hỗn hợp khí hơi gồm chủ yếu là hidro và hơi dầu ,làm cho nhiệt độ giảm xuống và dập tắt hồ quang

Bọc hỗn hợp khí hơi này có 40% hơi dầu ,60% là khí thành phần khí phụ thuộc vào thành phần của dầu gồm 70 đến 80% là hidro ,15 đến 20% là acetilen,5 đến 10% là mêtan và etilen.hidro có tính dẫn nhiệt cao nhất trong các loại khí và có độ bền điện cao cho nên hidrô có khả năng làm lạnh dầu và dập hồ quang tốt

Hiệu quả dập hồ quang còn phụ thuộc vào tốc độ khí đợc thải ra ngoài khi khí đợc thải ra ngòai làm cho hỗn hợp khí nóng và khí lạnh bị xáo động tạo điều kiện làm lạnh và tăng quá trìng phản ion ,quán tính của dầu làm cản trở khi hơi nóng giãn nở nên làm cho áp suất tằng thúc đẩy quá trình đối lu làm lạnh thân hồ quang

Khi dập hồ quang thì năng lợng dập hồ quang bị tiêu hao trong các phần;

-khoảng 77% năng lợng dùng để sinh khí và hơi dầu-11% làm dầu chuyển động

-khoảng 7% nẳng lợng làm cho tiếp điểm bị nóng lênkhoảng 5% làm cho vỏ thùng bị biến dạng

(*) các bộ phận chính của máy ngắt ít dầu

máy ngắt ít dầu thì dầu chỉ làm nhiệm vụ dập hồ quang chứ không làm nhiệm vụ cách điện thờng phải dùng các chất rắn để cách điện nh là sứ hoặc bakêlít.chính vì vậy điện áp chịu đựng của máy ngắt ít dầu không cao do đó chỉ sử dụng làm máy ngắt phụ tải và máy ngắt đặt ở đầu cực máy phát điện

.các bộ phận chính :

-các xứ đầu vào -hệ thống các tiếp điểm động và tĩnh -các lò xo ép tiếp điểm

-buồng dự chữ chúa dầu dập hồ quang -hệ thống truyền chuyển động

-buồng dập hồ quang -hệ thống đổ dầu vào và tháo dầu bẩn ra1>chọn sơ đồ kết cấu

máy ngắt có rất nhiều loại kết cấu khác nhau.tùy theo mục đích sử dụng mà chọn sơ đồ kết cấu cho hợp lý.ở đây em chọn sơ đồ kết cấu theo hình 3-12 (sách khí cụ điện cao áp)

9

11

4

10 I1

7 3 6 1 5

S5

S3 S4

buồng đập hồ quang 6 đặt trong bình trụ tròn 3 chứa đầu biến áp 5

tiếp điểm cố định 1 nằm ở đáy bình

thanh tiếp điểm động 2 chuyển động lên suống trong sứ cách điện 7

sứ cách điện này co nhiệm vụ cách điên giữa tiếp điểm động và nắp 4

trong quá trình làm việc bình kim loại đợc cách điện với các chi tiết nối đất

bằng sứ trụ 8 hoặc 9

Máy đóng ngắt nhờ cơ cấu truyền động ,thanh tiếp điểm động đợc nối gián tiếp với

đòn bẩy 12 qua sứ kéo 10 ,còn đầu kia của đòn bầy gắn với lò xo ngắt 13.đòn này đuợc hàn vào trục 11

Khi đóng thanh tiếp điểm động chuyển động xuống phía duới khi đó lò xo ngắt bị kéo căng dự trữ một năng lợng

Khi ngắt chỉ cần làm lẫy chết lò xo ngắt thun lại làm tiếp điểm động chyển động lên phía trên

Ta coi khi ngắt tiếp điểm động vẫn ngập trong dầu

Độ bền cách điện đợc thể hiện bằng điện áp chọc thủng ,điện áp phóng điện trên bề mặt

và độ bền xung.Điện áp mà xảy ra chọc thủng gọi là điện áp chọc thủng ,còn điện áp mà

Trong đó

Kdt là hệ số dự trữ

Upd là trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng điện

Từ Uđm=22(kv) từ bảng 1-9 trong sách khí cụ điện cao áp và phơng pháp tuyến tính hóa

ta đuợc:

Upd=86(kv)

80 120

86

Uđm 22

S1 chiều cao sứ trụ 8(cách điện giữa pha -đất)

S2 khoảng cách giữa bình và tờng

Coi phóng điện tromg không khí

Kdt=1,5 nên Upd=1,5.86=129(kv)

Phóng điện trong không khí thanh mặt

Đầu nối là phần tử rất quan trọng trong khí cụ điện,vì nó nối các bộ phận dẫn điện để

đua điện vào do vậy cần chú ý chọn đầu nối sao cho phù hợp với yêu cầu thiết kế

đặc biệt là trong cao áp

đầu nối Có hai phần:các đầu cực để nối với các dây dãn bên ngoàI và nôí với các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện.

π θ

ρ

θ

0 2 0

0

2

.

.

.

.

I K

F

d

K F d I

2 3

2 2

3 2 2

6 2

10 25 , 4 10 58 , 1 400 10

4

58

nhiệt độ phát nóng cho phép của đồng ở là 750c

nh vậy thỏa mãn ở chế độ dài hạn

.Kiểm tra thanh dẫn ở ché độ ngắn hạn

chế độ ngắn hạn dòng điện tăng rất cao do đó tiếp điểm nóng mạnh có thể nóng chảy nh vậy thì rất nguy hiểm cho thiết bị điện do đó thanh dẫn phải đảm bảo ở chế

độ ngắn hạn không đợc phát nóng quá trị số cho phép.vì quá trình ngắn xảy ra trong thời gian ngắn nên nhiệt độ phát nóng cho phép ở chế độ này cũng lớn hơn ở chế độ dài hạn

vì thời gian ngắn mạch bé nen có thể coi quá trình nhiệt này là quá trình đoạn nhiệt.nghĩa là toàn bộ nhiệt lợng do thiết bị hấp thụ chứ không tỏa ra ngoài môi trờng xung quanh.do đó phơng trình cân bằng nhiệt có dạng

I2.R.dt=Ct.dθ

Trong đó :R là điện trở của thanh dẫn

R=Kph

) 1 (

ρ là điên trở suất của vật liệu ở 00c

l,F là chiều dài và tiết diện của thanh dẫn

Ct là hệ số nhiệt điện trở của vậ liệu thanh dẫn

Ct=C0(1+β θ ).G

C0 là nhiệt dung riêng của vật liệu ở 00c

β là hệ số nhiệt của nhiệt dung riêng.

G là khối lợng của thanh dẫn

Khối lợng vật dẫn có thể tính theo thể tích và khối lợng riêng

βθ γ

θ

θ

d K

C

nm

t ph

) 1 (

0 0

nếu trị dòng điện trong suốt quá thời gian ngắn mạch không đổi thì ta có:

F

I

nm

nm nm nm nm

=15,7(A/mm2)

Cần phải kiểm tra điều kiện jnm<[jnm] trong thời gian là 1(s), 3(s), 5(s), 10(s)

Với tnm=1(s) thì dòng điện ngắn mạch cho phép là

Tiếp điểm là một bộ phận rất quan trọng trong khí cụ điện

Tiếp điểm bao gồm :tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh

.Yêu cầu:

+khi làm việc ở chế độ dài hạn với Iđm không đuợc phát nóng quá trị số cho phép +phảiổn định đối với tác động nhiệt và điện động của dòng ngắn mạch.Nghĩa là khi

có dòng ngắn mạch khỗng xảy ra dập nát hay nóng chảy tiếp điểm

-Chọn dạng kết cáu tiếp điểm :kết cấu hệ tiếp phải đảm bảo

các tiếp điểm chính phải có điện trở bé

Từ nhiệm vụ thiết kế có thể chọn hệ thống tiếp điểm có tiếp điểm dập hồ quang nối song song với tiếp điểm chính ,nó đóng trớc vì ngắt sau tiếp điểm chính,hồ quang chỉ sinh ra trên nó mà không sinh ra trên tiếp điểm chính.

+Dạng của tiếp điểm đợc chọn từ nhiệm vụ thiết dựa trên quan điểm mạch điện

Các dạng tiếp xúc của tiếp điểm :tiếp xúc điểm,tiếp xúc đờng ,tiếp xúc

-Tiếp xúc điểm :dùng với dòng điện bé không cần lực ép lớn,thờng dùng cho khối tiếp điểm phụ

-Tiếp xúc điểm loại mặt cầu-mặt phẳng dùng với dòng điện nhỏ khoảng vài chục ampe

-Tiếp xúc đờng:dùng với dòng điện lớn đến vài trăm ampe hoặc lớn hơn thì dùng các tiếp điểm nối song song VớiCùng một lực ép tiếp điểm tiếp xúc đờng có điện trở bé hơn loại tiếp xúc mặt 2-3 lần

-Tiếp xúc mặt dùng cho dòng điện lớn ,cần một lực ép tiếp điểm lớn nên có những nơi tiếp xúc vật liệu bị biến dạng Điều kiện làm sạch bề mặt tiếp xúc không tốt bằng dạng tiếp xúc đờng

ở bài nay dòng điện Idm=400 (A) ta chọn dạng tiếp điểm kiều hoa huệ

tiếp điểm tĩnh ở trạng thái đóng

=86,7 (A).Goi độ nún là l

Chiều dày mỗi phiến là :b

Gần đúng ta coi diện tích tiếp xúc là :b*l

l

b1 b

coi tiếp xúc hoàn toàn nên:

mật độ dòng điện qua mỗi phiến

j=

l b

Iph

bl

7 , 86

ở trạng thái đóng chọ khoảng cách mỗi phiến là:2 mm

⇒ b =

6

6

* 2 6 ,

56 − =7,43 ⇒ chọn b≈7,5 mm.

j=786,5,*7l ≤ 0 , 3 ⇒l≥ 3 , 85( cm).

(Vì ở đây mật độ dòng điện cho phép ta lấy là:0,3A/mm2)

Chọn đọ nún l=4 (cm)

Chọn chiều cao phiến :h=l+h1=4+2=6(cm)

Nh vậy với chiều cao này có thể đảm bảo mật độ dòng điện đi qua tiếp điểm

*.bề dày của tiếp điểm

ta có:tiết diện của thanh dẫn động là F=254,5 (mm2)

tiết diện ngang của mỗi phiến là b.b1

tối thiểu thì tiết diện ngang của 6 phiếm hoa huệ phải bằng tiết diện của thanh dẫn

động do đó:

6 b.b1=254,5 ⇒b1=

5 , 7 6

5 , 254

=5,7(mm)chọn b1=6(mm)

*.Tính toán lò xo tiếp điểm

Dòng điện đi từ tiếp điểm động sang tiếp điểm tĩnh qua bề mặt tiếp xúc.thực tế không phải là tiếp xúc hoàn toàn mà chỉ có một số điểm tiếp xúc.dòng điện đi qua các điểm đó có mật độ lớn làm tổn hao năng lợng và tổn hao điện áp.đặc biệt với dòng ngắn mạch,nhiệt độ ở chỗ điểm tiếp tăng cao làm giảm đàn hồi và cơ khí của tiếp điểm ,tiếp điểm có thể bị cháy do nhiệt độ của hồ quang

-Lò xo tiếp điểm rất quan trọng trong máy ngắt vì lo xo phai sinh ra lực ép tiếp

điểm cần thiết,để đảm bảo điện trở tiếp xúc đủ nhỏ và trống hàn dính tiếp điểm

*.Lực nén cần thiết lên tiếp điểm tính theo công thức:

A I

0 2

2

16

λ

σ π

8 2

) 24 , 0 (

8 , 3 16

5200 14 , 3 10 42 , 2 7

ở tiếp điểm ngoài lực điện động do sự tác động tơng hỗ giũa các phần tử dẫn

điện (Fdd1) còn có sự tác động do dòng điện bị thu hẹp (Fdd2) Lực điện động này luôn nguợc chiều với lực ép lò xo Trị số lực điện động này đợc xác định từ công thức:

a l

a a

l + −

l=h=6.cm

a=7,5+2=9,5 mm=0,95 cm.(với hai thanh gần nhau)

Thay số vào ta đợc:

F12=10-7 .8672. 6

95 , 0 ) 6

95 0 ( 1 [ 95 , 0

− +

Tổng lực điện động tác dụng lên một tấm tính theo phơng hớng kính :

Ta chiếu các lực này theo phơng đó:

trong đó :

Ftđ là lực ép lên tiếp điểm tính bằng lực nén của lò xo :16(N )chọn ở trên)

Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp

10 12 ,

8 , 0

(*)tính điện áp tiếp xúc

ở trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do

điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trở của các vật liệu làm tiếp

điểm là không đáng kể so với Rtx, vì vậy điện áp rơi trên tiếp điểm sẽ bằng :

Utx = Iđmph.Rtx =86,7.8,1.10-5= 310,410-4 V =7 mV

So sánh với điện áp tiếp xúc cho phép[Utx]= = 2 ữ 30 mV

thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc

5.Kiểm nghiệm buồng dập hồ quang

-đối với máy ngắt cao áp,thiết bị dập hồ quang là bộ phận chính.khi ngắn mạch

điện ở đó xảy ra các quá trình cơ bản sau:

-hồ quang phát sinh

-dập tắt hồ quang và tiếp theo là sự phục hồi độ bền điện giũa các khoảng trống tiếp điểm những quá trình đó xảy ra rất phức tạp,phụ thuộc vào từng loại thiết bị dập hồ quang

dập hồ quang của máy ngắt dầu đuợc thc hiện bằng cách làm lạnh thân hồ quang trong luồng hỗn hợp khí và hơi dầu sinh ra do sự phân ly và bốc hơi của dầu do chính năng lợng hồ quang

*.yêu cầu:

-dập tắt hồ quang điện chắc chắn và nhanh

-sau khi hồ quang bị dập tắt không sinh ra hiện tợng cháy lặp lại

-làm việc ổn định không làm thay đổi đặc tính ban đầu đã quy định và số lần

đóng ngắt quy định

-hệ thống tiếp điểm phải đơn giản dễ kiểm tra và thay thế khi h hỏng

-kết cấu thiết bị dập hồ quang phải đơn giản,dễ gia công và thuận tiện trong vận hành

-tiêu hao môi trờng dập hồ quang phải ít nhất

(*).Chọn buồng dập hồ quang kiểu thổi ngang

*Nguyên lý dập hồ quang

sơ đồ nguyên lý của buồng dập hồ quang nh hình sau:

tiếp điểm tĩnh đợc đặt trong buồng dập hồ quang bằng vật liệu cách

điện,tiếp điểm động chuyển động qua lại buồng dập hồ quang buồng dập hồ quang chúa dầu máy biến áp và có khoảng trống không gian Vđ gọi là thể tích

đệm sau khi hồ quang suất hiện tạo nên hỗn hợp khí hơi bao quanh hồ quang ,khi

đó áp suất trong buồng dập hồ quang tăng dới áp suất này dầu và hỗn hợp khí

hơi thổi mạnh vào ngang thân hồ quang sau khi hồ quang tắt dầu tràn vào dập hồ quang

Buồng dập hồ quang có1 chỗ ngắt gồm có 13 tấm cách điện bằng bakelít,mỗi tấm có cấu tạo riêng biệt

-các tấm 1,7,8,9,10,11,13 có chiều dày 10 mm,còn các tấm khác có chiều dày 7 (mm) các tấm này đợc xếp theo một thứ tự nhất định tạo thành 3 lỗ thổi khí ở 3 vị trí khác nhau.nếu kể từ dới lên lỗ thổi thứ nhất có độ sâu là 110 mm,lỗ thổi thứ hai có độ sâu

là 90 mm ,lỗ thổi thứ ba có độ sâu là 70 mm.các tấm này đợc ghép với nhau bằng các

bu lông cách điện.toàn bộ buồng dập cao khoảng 120 mm khi ngắt tiếp điểm động và tĩnh rời nhau và các rãnh thổi lần lợt đợc mở ra

5.Tính toán kiểm nghiệm buồng dậo hồ quang.

Tính toán kiểm nghiệm buồng dập hồ quang là xây dựng đặc tuyến p=f(t) qua đây

ta thấy đợc sự biến thiên của áp suất trong quá trình dập hồ quang và kiểm nghiệm độ bền điện và độ bền cơ của thiết bị đã chọn

LÊy gi¸ trÞ trung b×nh ta cã: dt= ds

⇒∆ = 0∫,02

0

1

5,0

02 , 0

03 , 0 3

25 , 2

04 , 0

05 0 5

8 , 2

06 , 0 6

07 , 0

7 3 , 1

1

ds

⇒ ∆ = ∫

11 , 0

08 , 0 9

9 , 2

75 , 2

6 , 2

25 , 2

8 , 1

45 , 1

6 , 0

1

ds

ta có đồ thị quan hệ giữa vận tốc và thời gian v=f(t)

(*)kiểm nghiệm buồng dập hồ quang

(*) tính thời gian hồ quang cháy ở giai đoạn I

lhq=SI=vtb(t1+mvtb 2

2 1

t

)với :

vtb là vận tôc trung bình của tiếp điểm động thờng ta lấy

thay số vào ta có

lhq=0,037=2,5(t1+0,2.2,5 2

2 1

t

)

⇒ t1=0,015 hoặc t1=-4(loại)vậy t1=0,015(s)

tính thời gian hồ quang cháy ở giai đoạn I là t1=0,015 (s)

a)áp suất trong buồng dập hồ quang ở giai đọan I

dể chính xác ta tính áp suất tại ở một số thời điểm trong khoảng thời gian tính áp suất tại t=5 ,10,15 (ms)

đây là giai đoạn hồ quang cháy trong bọc khí hơi khép kín áp suất trong giai đoạn này phụ thuộc vào kết cấu của buồng dạp hồ quang và đợc tính theo công thức kinh nghiệm theo sách hớng dẫn thiết kế máy ngắt ít dầu

P A B

0

' 0

0

.

.

trong đó

Vd là thể tích đệm của không gian giảm xung thờng chọn Vd=120(cm3)

vtd vận tốc của tiếp điểm

k0 hệ số trọng lợng tạo thành hỗn hợp khí dầu

k0=0,2.10-3 (kg/kw.s) ta đổi sang cm3/kw.s

ta có :γ =890kg/m3=890.10-6(kg/cm3)

k0=0,2.10-3/γ =0,225(cm3/kw.s)

Ftd diện tích cắt ngang của thanh dẫn tiếp điểm

B hệ số tạo thành hỗn hợp khí ở nhiệt độ và áp suất khí quyển

At là năng lợng dập hồ quang ở thời điểm t

k0.At là trọng lợng dầu bốc hơi trong thời gian t

At1=10000.4000(2,6.0,0052/2-35.2,6.0,0053/3) =1148,3(w.s)=1,1483(kw.s) ⇒ A’

P A B

0

' 0

2 0

.

.

=

, 0 0

120 8842

, 0 225 , 0 260 54 , 2

1 1483 , 1 800

.tại thời điểm tI2=0,01 (s)

thời gian từ khi tiếp điểm chuyển động đến thời điểm này là

P A B

0

' 0

2 0

.

.

= 2,54 290. 0,225.3,424 120

1 447 , 4 800

01 , 0 0

.tại thời điểm tI3=0,015 (s)

thời gian từ khi tiếp điểm chuyển động đến thời điểm này là

P A B

0

' 0

2 0

.

.

=

015 , 0 0

120 984

, 7 225 , 0 310 54 , 2

071 , 9 800

(*) tính áp suất buồng dập hồ quang ở giai đoạn 2