Giáo trình Thiết bị điện

Uâmdáylaì âiãûn aïp âënh mæïc dáy(giaï trë hiãûu duûng). Ingàõt âmlaì giaï trë hiãûu duûng doìng âiãûn ngàõt âënh mæïc cuía thiãút bë âoïng måí maûch,[kA]. BIỆN PHÁP VÀTRANG BI ̣DẬP [r]

Giáo trình thiết bị điện

6 Cơ cấu điện từ

7 Nam châm điên

Thiết bị điện

KHÁI NIỆM CHUNG VỀTHIẾT BI ̣ĐIỆN

Thiết bi ̣điện được đềcâ ̣p ởđây làcác loa ̣i thiết bi ̣làm các nhiê ̣m vu ̣: đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh, bảo vê ̣, chuyển đổi, khống chếvàkiểm tra mo ̣i sựhoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thống lưới điện vàcác loa ̣i máy điê ̣n Ngoài ra thiết bi ̣điê ̣n còn được sửdu ̣ng đểkiểm tra, điều chỉnh

vàbiến đổi đo lường nhiều quátrình không điê ̣n khác

Thiết bi ̣điện làmô ̣t loa ̣i thiết bi ̣đang được sửdu ̣ng rất phổbiến cómă ̣t trong hầu hết các

lãnh vực sản xuất của nền kinh tế, từcác nhàmáy điê ̣n, tra ̣m biến áp, hê ̣thống truyền tải điê ̣n, đến các máy phát vàđô ̣ng cơ điê ̣n trong các xínghiê ̣p công nghiê ̣p, nông nghiệp, giao thông, vàtrong cảlãnh vực an ninh quốc phòng

Thiết bi ̣điện sửdu ̣ng ởnước ta hiê ̣n nay được nhâ ̣p từrất nhiều nước, rất nhiều hãng sản xuấ t khác nhau vàđủcác thếhê ̣.Cócảcác thiết bi ̣đãcóthời gian sửdu ̣ng 40 đến 50 năm, rất

lạc hâ ̣u vàcác thiết bi ̣rất hiê ̣n đa ̣i mới nhâ ̣p Chính vìvâ ̣y các quy cách không thống nhất, gây khó khăn cho vâ ̣n hành, bảo dưỡng vàsửa chữa Do qúa nhiều chủng loa ̣i thiết bịđiê ̣n

vớ i các tiêu chuẩn kĩthuâ ̣t rất khác nhau, nên trong sửdu ̣ng hiê ̣n nay nhiều khi không

sử du ̣ng hết tính năng vàcông suất của thiết bi ̣hoă ̣c sửdu ̣ng không đúng gây hư hỏng nhiều, làm thiê ̣t ha ̣i không nhỏcho nền kinh tế.Chính vìvâ ̣y viê ̣c đào ta ̣o vàcâ ̣p nhâ ̣p nâng cao kiến thứ c vềthiết bi ̣điê ̣n đă ̣c biê ̣t làcác thiết bi ̣mới cho các cán bô ̣kĩthuâ ̣t quản

lívàvâ ̣n hành thiết bi ̣điê ̣n làmô ̣t đòi hỏi rất cấp thiết Giáo trình này nhằ m trang bi ̣những

líluâ ̣n cơ bản, đểhiểu nguyên lílàm viê ̣c, đă ̣c điểm cấu ta ̣o các loa ̣i thiết bi ̣điện thường

dù ng trong tựđô ̣ng truyền đô ̣ng, trong hê ̣thống điê ̣n và trong các lĩnh vực điều khiển

máy điê ̣n, nhằ m giúp sinh viên các ngành năng lượng khi ra trường cóthểlựa cho ̣n, vâ ̣n

hành, sửa chữa, cải tiến thiết bi ̣điê ̣n hoă ̣c mô ̣t sốbô ̣phâ ̣n của thiết bi ̣điê ̣n, đặc biê ̣t cung cấ p những kiến thức làm cơ sởđểtiếp câ ̣n các thiết bi ̣ hiê ̣n đa ̣i

Phân loa ̣i thiết bi ̣điê ̣n

Đểthuâ ̣n lợi cho viê ̣c nghiên cứu, vâ ̣n hành sửdu ̣ng vàsửa chữa thiết bi ̣điê ̣n người ta thường phân loa ̣i như sau:

a) Phân theo công dụng

+ Thiết bi ̣điện khống chế: dùng đểđóng cắt, điều chỉnh tốc đô ̣chiều quay của các máy phát điê ̣n, đô ̣ng cơ điê ̣n (như cầu dao, áp tô mát, công tắ c tơ, )

+ Thiết bi ̣điện bảo vê ̣: làm nhiê ̣m vu ̣bảo vê ̣các đô ̣ng cơ, máy phát điê ̣n, lưới điê ̣n khi

có quátải, ngắ n ma ̣ch, su ̣t áp, ( như rơle, cầu chì, máy cắt, )

+ Thiết bi ̣điện tựđô ̣ng điều khiển từxa: làm nhiê ̣m vu ̣thu nhâ ̣n phân tích vàkhống chế

sựhoa ̣t đô ̣ng của các ma ̣ch điê ̣n như khởi đô ̣ng từ,

+ Thiết bi ̣điện ha ̣n chếdòng ngắn ma ̣ch (như điê ̣n trởphu ̣, cuô ̣n kháng, )

+ Thiết bi ̣điện làm nhiê ̣m vu ̣duy trìổn đi ̣nh các tham sốđiê ̣n (như ổn áp, bô ̣tựđô ̣ng điều chỉnh điê ̣n áp máy phát, )

+ Thiết bi ̣điện làm nhiê ̣m vu ̣đo lường (như máy biến dòng điê ̣n, biến áp đo lường, ) b) Phân theo tính chất dòng điê ̣n

+ Thiết bi ̣điện dùng trong ma ̣ch mô ̣t chiều

+ Thiết bi ̣điện dùng trong ma ̣ch xoay chiều

c) Phân theo nguyên lílàm viê ̣c

Thiết bi ̣điện loa ̣i điê ̣n từ, điê ̣n đô ̣ng, cảm ứng, cótiếp điểm, không cótiếp điểm,

d) Phân theo điều kiê ̣n làm viê ̣c

+ Loại làm viê ̣c vùng nhiê ̣t đới khíhâ ̣u nóng ẩm, loa ̣i ởvùng ôn đới, cóloa ̣i chống được khícháy nổ, loa ̣i chi ̣u rung đô ̣ng,

e) Phân theo cấ p điện áp có

+ Thiết bi ̣điện ha ̣áp cóđiê ̣n áp dưới 3kV

+ Thiết bi ̣điện trung áp cóđiê ̣n áp từ3kV đến 36 kV

+ Thiết bi ̣điện cao áp cóđiê ̣n áp từ36kV đến nhỏhơn 400 kV

+ Thiết bi ̣điện siêu cao áp cóđiê ̣n áp từ400 kV trởlên

Ca ́ c yêu cầu cơ bản của thiết bi ̣điê ̣n

- Phải đảm bảo sửdu ̣ng được lâu dài đúng tuổi tho ̣thiết kếkhi làm viê ̣c với các thông sốkỹthuâ ̣t ởđi ̣nh mức

- Thiết bi ̣điện phải đảm bảo ổn đi ̣nh lực điê ̣n đô ̣ng vàổn đi ̣nh nhiê ̣t đô ̣khi làm viê ̣c bình thường, đă ̣c biê ̣t khi sựcốtrong giới ha ̣n cho phép của dòng điê ̣n vàđiê ̣n áp

- Vật liê ̣u cách điê ̣n chi ̣u được quááp cho phép

- Thiết bi ̣điện phải đảm bảo làm viê ̣c tin câ ̣y, chính xác an toàn, go ̣n nhe ̣, dễlắp ráp, dễ kiểm tra, sử a chữa

- Ngoài ra còn yêu cầu phải làm viê ̣c ổn đi ̣nh ởđiều kiê ̣n khíhâ ̣u môi trường màkhi thiết kếđãcho phép

Hồ quang điện

ĐẠI CƯƠNG VỀHỒQUANG ĐIỆN

Kha ́ i niê ̣m chung

Hồquang điện thực sựcóích khi được sửdu ̣ng trong các lĩnh vực như hàn điê ̣n, luyê ̣n thép, những lúc này hồquang cần được duy trìcháy ổn đi ̣nh

KAUAUThUKE[V]EKEthEAVù ng KVùng thân Vùng Alhq[m]I Uhql50mm2000 2 4 6

8 10 12 50100150200Nhưng trong các thiết bi ̣điê ̣n như cầu chì, cầu dao, máy cắt, hồ quang lại cóha ̣i cần phải nhanh chóng được loa ̣i trừ.Khi thiết bi ̣điê ̣n đóng, cắt (đă ̣c biê ̣t

làkhi cắ t) hồquang phát sinh giữa các că ̣p tiếp điểm của thiết bi ̣điê ̣n khiến ma ̣ch điê ̣n không được ngắt dứt khoát Hồquang cháy lâu sau khi thiết bi ̣điê ̣n đãđóng cắt sẽlàm hư

hại các tiếp điểm vàbản thân thiết bi ̣điê ̣n Trong trường hợp này đểđảm bảo đô ̣làm viê ̣c tin cậy của thiết bi ̣điê ̣n yêu cầu phải tiến hành dâ ̣p tắt hồquang càng nhanh càng tốt

Hình 1-1: a) Hồquang mô ̣t chiều; b)̀Đă ̣c tính

Bản chất của hồquang điê ̣n làhiê ̣n tượng phóng điê ̣n với mâ ̣t đô ̣dòng điê ̣n rất lớn (tới khoảng 104 đến 105 A/cm2), cónhiê ̣t đô ̣rất cao (tới khoảng 5000 ¸ 60000C) vàđiê ̣n áp rơi trên cực âm bé(chỉkhoảng 10 ¸20V) vàthường kèm theo hiê ̣n tượng phát sáng Sự phân bốcủ a điê ̣n áp vàcường đô ̣điê ̣n trường do ̣c theo chiều dài hồquang được biểu diễn trên hình 1-1a

Dọc theo chiều dài hồquang được chia làm ba vùng là: vùng xung quanh cực âm (cách

cực âm khoảng 10-4 đến 10-5cm) vùng này tuy điê ̣n áp nhỏchỉ8 đến 10V nhưng khoảng

cách cũng rất bénên cường đô ̣điê ̣n trường rất lớn cỡ105 đến 106 V/cm Còn vùng có chiều dài gần hết hồquang làvùng thân, vùng này cócường đô ̣điê ̣n trường chỉkhoảng

10 đến 50 V/cm Vùng còn la ̣i còn được go ̣i làvùng cực dương cócường đô ̣điê ̣n trường

lớ n hơn vùng thân nhưng các yếu tốxảy ra ởđây theo các líthuyết hiê ̣n đa ̣i thìít ảnh hưởng đến quátrình phát sinh vàdâ ̣p hồquang nên không được đềcâ ̣p

Đă ̣c tính u(i) của hồquang mô ̣t chiều cóthểbiểu điễn theo công thức Kapzow códa ̣ng: uhq = a+ bl + c+i ndl

Vớ i: a, b, c, d làcác hằ ng sốphu ̣thuô ̣c vâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm vàcác yếu tốbên ngoài (vídu ̣tiếp điểm đồng cóa= 30; b=17; c=41; d=33) Cón làsốmũ, phu ̣thuô ̣c vào nhiê ̣t

đô ̣vâ ̣t liê ̣u dương cực, theo thực nghiê ̣m thường lấy n = 2,62.T.10-4, trong đóT lànhiệt

đô ̣của vâ ̣t liê ̣u dương cực

Đă ̣c tính u(i) với l làchiều dài hồquang códa ̣ng hypécbôn như hình 1-1b

Qu ́ a trình phát sinh vàdâ ̣p tắt hồquang

Qua ́ trình phát sinh

Hồquang điện phát sinh làdo môi trường giữa các điê ̣n cực (hoă ̣c giữa các că ̣p tiếp điểm)

bi ̣ion hó a (xuất hiê ̣n các ha ̣t dẫn điê ̣n) Ion hóa cóthểxảy ra bằ ng các con đường khác nhau dưới tác du ̣ng của ánh sáng, nhiê ̣t đô ̣, điê ̣n trường ma ̣nh, Trong thực tếquá trình phát sinh hồquang điê ̣n cónhững da ̣ng ion hóa sau:

- Quátrình phát xa ̣điê ̣n tư ̉ nhiê ̣t; Quátrình tựphát xa ̣điê ̣n tư.̉

- Quátrình ion hóa do va cha ̣m

- Quátrình ion hóa do nhiê ̣t

Điê ̣n cực vàtiếp điểm chếta ̣o từkim loa ̣i, màtrong cấu trúc kim loa ̣i luôn tồn ta ̣i các điê ̣n

tử tựdo chuyển đô ̣ng vềmo ̣i hướng trong quỹđa ̣o của cấu trúc ha ̣t nhân nguyên tử.Khi tiếp điểm bắ t đầ u mở ra lực nén vào tiếp điểm giảm dần khiến điê ̣n trởtiếp xúc tăng lên chỗtiếp xú c dòng điê ̣n bi ̣thắ t la ̣i mâ ̣t đô ̣dòng tăng rất lớn làm nóng các điê ̣n cực (nhất

làởcực âm nhiều e) Bi ̣đốt nóng, đô ̣ng năng của các điê ̣n tửtăng nhanh đến khi công nhâ ̣n được lớn hơn công thoát liên kết ha ̣t nhân thìđiê ̣n tửsẽthoát ra khỏi bề mă ̣t cực âm

trở thành điê ̣n tửtựdo Quátrình này được go ̣i làphát xa ̣điê ̣n tửnhiê ̣t

Sựtựpha ́ t xa ̣điê ̣n tử

Khi tiếp điểm hay điện cực vừa mởra lúc đầu khoảng cách còn rất bédưới tác du ̣ng của điê ̣n áp nguồn ngoài thìcường đô ̣điê ̣n trường rất lớn, nhất làvùng cực âm cókhoảng cách nhỏ cóthểtới hàng triê ̣u V/ cm Với cường đô ̣điê ̣n trường lớn ởcực âm mô ̣t số điê ̣n

tửcó liên kết yếu với ha ̣t nhân trong cấu trúc sẽbi ̣kéo bâ ̣t ra khỏi bềmă ̣t ca tốt trở thành

các điê ̣n tửtựdo, hiê ̣n tượng này go ̣i làtựphát xa ̣điê ̣n tử.Khi cóđiê ̣n tửtựphát xa ̣vàphát

xạđiê ̣n tửnhiê ̣t năng lượng được giải phóng rất lớn làm nhiê ̣t đô ̣khu vực hồ quang tăng cao vàphát sáng, đă ̣c biê ̣t khi cắ t ma ̣ch ởđiê ̣n áp cao vàcódòng tải lớn thì hồquang cháy

vàphát sáng rất mãnh liê ̣t

Sau khi tiếp điểm mở ra, dưới tác du ̣ng của nhiê ̣t đô ̣cao hoă ̣c của điê ̣n trường lớn (mà thông thường làcảhai) thìcác điê ̣n tửtựdo sẽphát sinh chuyển đô ̣ng từcực dương sang cực

âm Do điê ̣n trường rất lớn nên các điê ̣n tửchuyển đô ̣ng với tốc đô ̣rất cao Trên đường đi

các điê ̣n tửnày bắ n phácác nguyên tửvàphân tửkhísẽlàm bâ ̣t ra các điê ̣n tửvàcác ion dương Các phần tửmang điê ̣n này la ̣i tiếp tu ̣c tham gia chuyển đô ̣ng và bắn phátiếp làm xuấ t hiện các phần tửmang điê ̣n khác Do vâ ̣y màsốlượng các phần tửmang điê ̣n tăng lên không ngừ ng, làm mâ ̣t đô ̣điê ̣n tích trong khoảng không gian giữa các tiếp điểm rất lớn, đólàquátrình ion hóa do va cha ̣m

Do có các quátrình phát xa ̣điê ̣n tửvàion hóa do va cha ̣m, mô ̣t lượng lớn năng lượng được giải phóng làm nhiê ̣t đô ̣vùng hồquang tăng cao vàthường kèm theo hiê ̣n tượng phát

sáng Nhiê ̣t đô ̣khícàng tăng thìtốc đô ̣chuyển đô ̣ng của các phần tửkhícàng tăng vàsốlần

va chạm do đócũng càng tăng lên Khi tham gia chuyển đô ̣ng cũng cómô ̣t sốphần tửgă ̣p nhau sẽkết hợp la ̣i phân li thành các nguyên tử.Các nguyên tửkhuếch tán vào môi trường xung quanh, gặp nhiê ̣t đô ̣thấp sẽkết hợp la ̣i thành phân tử, hiê ̣n tượng này gọi làhiê ̣n tượng phân li (phản ứng phân li thu nhiê ̣t làm giảm nhiê ̣t đô ̣của hồquang, ta ̣o điều kiê ̣n cho khử ion) Còn lượng các ion hóa tăng lên do va cha ̣m khi nhiê ̣t đô ̣tăng thìgo ̣i

đólàlượng ion hóa do nhiê ̣t Nhiê ̣t đô ̣đểcóhiê ̣n tượng ion hóa do nhiê ̣t cao hơn nhiều so

vớ i nhiê ̣t đô ̣cóhiê ̣n tượng phân li Vídu ̣không khícónhiê ̣t đô ̣ phân li khoảng 40000K còn nhiệt đô ̣ion hóa khoảng 80000K

Tó m la ̣i, hồquang điê ̣n phát sinh làdo tác du ̣ng của nhiê ̣t đô ̣cao vàcường đô ̣điê ̣n trường

lớ n sinh ra hiê ̣n tượng phát xa ̣điê ̣n tửnhiê ̣t vàtựphát xa ̣điê ̣n tửvàtiếp theo là quátrình ion

hó a do va cha ̣m vàion hóa do nhiê ̣t Khi cường đô ̣điê ̣n trường càng tăng (khi tăng điê ̣n áp nguồn), nhiê ̣t đô ̣càng cao vàmâ ̣t đô ̣dòng càng lớn thìhồquang cháy càng mãnh liê ̣t Quátrình cóthoát năng lượng ha ̣t nhân nên thường kèm theo hiê ̣n tượng phát sáng chói

lò a Nếu tăng áp lực lên môi trường hồquang thìsẽgiảm được tốc đô ̣ chuyển đô ̣ng của

các phần tửvàdo vâ ̣y hiê ̣n tượng ion hóa sẽgiảm

Qua ́ trình hồquang tắt

Hồquang điện sẽbi ̣dâ ̣p tắt khi môi trường giữa các điê ̣n cực không còn dẫn điện hay nói

cách khác hồquang điê ̣n sẽtắ t khi cóquátrình phản ion hóa xảy ra ma ̣nh hơn quá trình ion

hó a Ngoài quátrình phân li đãnói trên, song song với quátrình ion hóa còn cócác

quátrình phản ion gồm hai hiê ̣n tượng sau:

Trong quátrình chuyển đô ̣ng các ha ̣t mang điê ̣n làion dương vàđiê ̣n tửgă ̣p được các ha ̣t

tích điê ̣n khác dấu làđiê ̣n tửhoă ̣c ion dương đểtrởthành các ha ̣t trung hòa (hoă ̣c ít dương hơn) Trong líthuyết đãchứng minh tốc đô ̣tái hợp tỉlê ̣nghi ̣ch với bình phương đường kính hồquang, vànếu cho hồquang tiếp xúc với điê ̣n môi hiê ̣n tượng tái hợp sẽ tăng lên Nhiê ̣t

đô ̣hồquang càng thấp tốc đô ̣tái hợp càng tăng

Hiện tượng các ha ̣t tích điê ̣n di chuyển từvùng cómâ ̣t đô ̣điê ̣n tích cao(vùng hồquang) ra

vù ng xung quanh cómâ ̣t đô ̣điê ̣n tích thấp làhiê ̣n tượng khuếch tán Các điê ̣n tửvà ion dương khuếch tán do ̣c theo thân hồquang, điê ̣n tửkhuếch tán nhanh hơn ion dương Quátrình khuếch tán đă ̣c trưng bằng tốc đô ̣khuếch tán Sựkhuếch tán càng nhanh hồ quang càng nhanh bi ̣tắ t Đểtăng quátrình khuếch tán người ta thường tìm cách kéo dài ngọn lửa hồquang

1.2 HỒQUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 Khái niê ̣m chung

Chú ng ta khảo sát ởđây mô ̣t quátrình xuất hiê ̣n hồquang giữa hai điê ̣n cực trong một

mạch điê ̣n mô ̣t chiều như hình 1-2

Gọi điê ̣n áp nguồn làU0 ,điê ̣n trởma ̣ch làR, điê ̣n cảm ma ̣ch làL vàrhq đă ̣c trưng cho điê ̣n trở hồquang với điê ̣n áp trên hồquang làuhq Theo đi ̣nh luâ ̣t Kiếc khốp II, ta có phương trình cân bằ ng điê ̣n áp trong ma ̣ch khi mởtiếp điểm vàhồquang bắ t đầu cháy như sau:

U0 = i.R + uhq + L di dt (1.1)

Khi hồquang cháy ổn đi ̣nh thìdòng điê ̣n không đổi i=I vàcódi dt = 0 phương trình cân bằ ng áp sẽlà: U0 = uR+ uhq = I.R+ I.rhq (1.2)

Các thành phần điê ̣n áp trong phương trình (1.1) được thểhiê ̣n trên hình 1-2 Với: đường 1-làđiê ̣n áp nguồn; đường 2- làđiê ̣n áp rơi trên điê ̣n trởR vàđường 3- làđă ̣c tính u(i) củ a hồquang

Theo đồthi ̣các đường đă ̣c tính 2 và3 giao nhau ởhai điểm A vàB Ta ̣i A vàB phương trình (1.2) được thỏa mãn, các điểm A, B được go ̣i làhai điểm cháy của hồquang

-Xét ta ̣i B: Hồquang đang cháy nếu vìmô ̣t lído nào đólàm dòng điê ̣n i tăng lớn hơn IB thìtheo đồthi ̣ta nhâ ̣n thấy sức điê ̣n đô ̣ng tựcảm trên L làL didt < 0 (ngược chiều dòng tăng) sẽlàm dòng điê ̣n i giảm xuống la ̣i IB Còn ngược la ̣i nếu i giảm nhỏhơn IB thìL

di

dt > 0 sẽlàm i tăng trởla ̣i giátri ̣IB, do vâ ̣y điểm B được go ̣i làđiểm hồquang cháy ổn

đi ̣nh

-Nếu cũng tương tựta xét ta ̣i điểm A, khi hồquang đang cháy ổn đi ̣nh với i= IA nếu vì

một lído nào đói giảm nhỏhơn IA thìL didt < 0 nên dò ng tiếp tu ̣c giảm đến 0 vàhồquang tắ t Cò n nếu i tăng lớn hơn IA thìtrên đă ̣c tính ta thấy L didt > 0 nên dò ng tiếp tu ̣c tăng đến IB vàhồquang cháy ổn đi ̣nh ta ̣i điểm B, vâ ̣y điểm A go ̣i làđiểm hồquang cháy không ổn đi ̣nh

2 Điều kiện đểdâ ̣p tắ t hồquang điê ̣n mô ̣t chiều

I[A]U[V]U0123URUhqLdi/dt>0Ldi/dt< 0Ldi/dt< 0I[A]U [V]?3c)a)+-UoRrhqLIb)Hình 1-2: Đặc tính hồquang mô ̣t chiều vàđiều kiê ̣n tắtĐểcóthểdâ ̣p tắt được hồquang điện mô ̣t chiều cầ n loại bỏđược điểm hồquang cháy ổn đi ̣nh (điểm B) Trên đă ̣c tính ta nhâ ̣n thấy

sẽkhông cóđiểm cháy ổn đi ̣nh khi đường đă ̣c tính 3(điê ̣n áp trên hồquang) cao hơn đường đă ̣c tính 2 (làđă ̣c tính điê ̣n áp rơi trên điê ̣n trởR) như hình 1-2b (tức làhồ quang

sẽtắ t khi Uhq> U0- UR) Đểnâng cao đường đă ̣c tính 3 thường thực hiê ̣n hai biê ̣n pháp

làtăng đô ̣dài hồquang(tăng l) vàgiảm nhiê ̣t đô ̣vùng hồquang xuống, đă ̣c tính như hình

1-3

T1T2<T1U [V]b)I[A]U [V]L1L2>L1a)I[A]Hình 1-3: Đă ̣c tính khi kéo dài vàgiảm nhiệt đô ̣hồquang

3 Quáđiê ̣n áp trong ma ̣ch điê ̣n mô ̣t chiều

Khi cắ t mạch điê ̣n mô ̣t chiều thường xảy ra quáđiê ̣n áp, khi ởma ̣ch cóđiê ̣n cảm lớn nếu tốc độcắ t càng nhanh thìquáđiê ̣n áp càng lớn

Nếu tại thời điểm cắt cóI= 0 thì: U0 = L didt + uhq , hay ta có :

uhq - U0 = - L didt = ΔU (1.3)

DUlàtri ̣sốquáđiê ̣n áp xoay chiều Trong ma ̣ch mô ̣t chiều làm viê ̣c với công suất lớn la ̣i

có nhiều vòng dây khi dâ ̣p hồquang điê ̣n quáđiê ̣n áp sẽxảy ra rất lớn cóthểgây đánh thủ ng cách điê ̣n vàhư hỏng thiết bi ̣.Đểha ̣n chếhiê ̣n tượng quáđiê ̣n áp người ta thường

dù ng thêm mô ̣t ma ̣ch điê ̣n phu ̣mắ c song song với phu ̣tải Ma ̣ch này cóthểlàđiê ̣n trở, điê ̣n trởvàtu ̣nối tiếp hoă ̣c mô ̣t chỉnh lưu mắc ngược

• i(t )12UchUtU[V]?ta)UIUchUtb)Hình 1-4: Đă ̣c tính của hồquang xoay

chiềuHỒQUANG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1 Khái niê ̣m chung

Đă ̣c điểm của ma ̣ch xoay chiều làtrong mô ̣t chu kìbiến thiên dòng điê ̣n cóhai lần qua tri ̣sối= 0 Khi có hồquang thìta ̣i thời điểm khi i= 0 quátrình phản ion hóa xảy ra ma ̣nh hơn quátrình ion hóa Khi i= 0 hồquang không dẫn điê ̣n vàđây làthời điểm tốt đểdâ ̣p tắt hồquang điện xoay chiều

Khi hồquang điện xoay chiều đang cháy ta đưa dòng điê ̣n vàđiê ̣n áp của hồquang vào dao đô ̣ng kíta sẽđược da ̣ng sóng của dòng điê ̣n vàđiê ̣n áp hồquang như hình 1-4

Dò ng điê ̣n códa ̣ng sóng gần giống sóng hình sin còn điê ̣n áp thìtrong mô ̣t nửa chu kì

có hai đỉnh nho ̣n tương ứng với hai giátri ̣điê ̣n áp cháy ( Uch) vàđiê ̣n áp tắ t (Ut) của hồquang điện Từda ̣ng sóng thu được trên màn hình dao đô ̣ng kíta xây dựng được đă ̣c

tính Vôn -Am pe (V-A) của hồquang điê ̣n xoay chiều như hình 1-4

Ta nhận thấy ởthời điểm dòng điê ̣n qua tri ̣số0 nếu điê ̣n áp nguồn nhỏhơn tri ̣sốđiê ̣n áp cháy (Uch) thìhồquang sẽtắ t Do vâ ̣y quátrình dâ ̣p hồquang điê ̣n xoay chiều phụ thuô ̣c rấ t nhiều vào tính chất của phu ̣tải

Ta nhận thấy trong ma ̣ch cóphu ̣tải điê ̣n trởthuần dễdâ ̣p hồquang hơn trong ma ̣ch có tải điê ̣n cảm, bởi ởma ̣ch thuần trởkhi dòng điê ̣n qua tri ̣sốkhông (thời gian i=0 thực tếkéo dài khoảng 0,1 ms) thìđiê ̣n áp nguồn cũng bằ ng không (trùng pha), còn ởma ̣ch thuần cảm khi dò ng bằ ng không thìđiê ̣n áp nguồn đang cógiátri ̣cực đa ̣i (điê ̣n áp vượt trước dòng điê ̣n mô ̣t góc 900)

2 Dập tắ t hồquang điê ̣n xoay chiều

Hồquang điện xoay chiều khi dòng điê ̣n qua tri ̣số0 thìkhông được cung cấp năng lượng Môi trường hồquang mất dần tính dẫn điê ̣n vàtrởthành cách điê ̣n Nếu đô ̣cách điê ̣n này đủlớn vàđiê ̣n áp nguồn không đủduy trìphóng điê ̣n la ̣i thìhồquang sẽtắt hẳn Đểđánh giá mức đô ̣cách điê ̣n của điê ̣n môi vùng hồquang làlớn hay béngười ta dùng khái niê ̣m điê ̣n áp cho ̣c thủng Điê ̣n áp cho ̣c thủng ( Uch.t ) càng lớn thìmức đô ̣ cách điê ̣n của điê ̣n môi càng cao

Quátrình dâ ̣p tắ t hồquang điê ̣n xoay chiều không những tùy thuô ̣c vào tương quan giữa

đô ̣lớn của điê ̣n áp cho ̣c thủng với đô ̣lớn của điê ̣n áp hồquang màcòn phu ̣thuô ̣c tương quan giữa tốc đô ̣tăng của chúng Nếu tốc đô ̣tăng điê ̣n áp cho ̣c thủng lớn hơn tốc đô ̣ phu ̣c hồi điện áp nguồn (hình 1-5: đường 1 vàđường 2 không giao nhau ởđiểm nào) thì

hồquang sẽtắ t hoàn toàn Trong các thiết bi ̣điê ̣n khi tiếp điểm mởra khoảng cách tăng dầ n làm cách điê ̣n điê ̣n môi tăng dần (đường 1), nửa chu kìsau càng dốc hơn nửa chu kì trước

I[A]U[V]12150?250VHình 1-5: Điều kiê ̣n tắ t hồquang xoay chiều Ngược la ̣i, tốc đô ̣ phục hồi điê ̣n áp mànhanh hơn tốc đô ̣tăng của điê ̣n áp cho ̣c thủng ( làm đường 1 và đường 2 giao nhau) thìhồquang sẽcháy la ̣i

Tó m la ̣i : đểdâ ̣p tắ t hồquang điê ̣n xoay chiều hoàn toàn thìta phải làm sao đểđộtăng điê ̣n áp cho ̣c thủng (đường 1) vượt cao hơn đỉnh của đường biểu diễn điê ̣n áp phu ̣c hồi hồquang (đườ ng 2) Khi điê ̣n áp nguồn là1000V thìtrong lúc dòng điê ̣n qua tri ̣số0 sau khoảng 0,1 ms mứ c đô ̣cách điê ̣n khu vực này đa ̣t đến giátri ̣xuyên thủng tức thời khoảng

150 đến 250V

1.4 QUÁTRÌNH PHỤC HỒI ĐIỆN ÁP CỦA HỒQUANG ĐIỆN

1 Khái niê ̣m

Giátri ̣tức thời của điê ̣n áp nguồn xuất hiê ̣n giữa các tiếp điểm sau khi đãngắ t ma ̣ch trong quátrình quáđô ̣được go ̣i làđiê ̣n áp phu ̣c hồi

a) Trong mạch điê ̣n mô ̣t chiều

Tù y thuô ̣c tính chất của tải làđiê ̣n trở, điê ̣n cảm hay điê ̣n dung màđiê ̣n áp phu ̣c hồi cũng khác nhau Thực tếtồn ta ̣i điê ̣n dung giữa các dây dẫn khác nhau, dây dẫn với đất hay giữa các bối dây với nhau Trong ma ̣ch khi cócảR, L, C thìđiê ̣n áp phu ̣c hồi tùy theo giátri ̣điê ̣n trởR màcóthểdao đô ̣ng tuần hoàn hay không Khi ma ̣ch R, L, C màcómắ c thêm tụđiê ̣n song song với hồquang thìtrước khi dòng điê ̣n triê ̣t tiêu tu ̣đãđược na ̣p và phó ng điê ̣n trởla ̣i, điê ̣n áp phu ̣c hồi sẽdao đô ̣ng tuần hoàn khi R nhỏ

Nhưng nếu tri ̣sốđiê ̣n trởR lớn sẽkhông thểcódao đô ̣ng tuần hoàn được

b) Trong mạch điê ̣n xoay chiều

Nếu hồquang được dâ ̣p tắ t vĩnh viễn thìquátrình phu ̣c hồi điê ̣n áp códa ̣ng biến thiên với tầ n sốnhỏ dần vềbằ ng 0 Nếu hồquang xuất hiê ̣n la ̣i thìquátrình phu ̣c hồi bi ̣ngắt vàđiê ̣n áp giả m nhanh từgiátri ̣Uch đến giátri ̣bénhất ứng với điê ̣n áp rơi trên hồ quang

Nếu mạch điê ̣n cóđiê ̣n trởđủlớn thìđiê ̣n áp phu ̣c hồi trên tiếp điểm khi cóhồquang sẽ

không cò n xuất hiê ̣n la ̣i (códa ̣ng không tuần hoàn) Ởma ̣ch điê ̣n xoay chiều thìtần số

điê ̣n áp nguồn fnguồn thông thường rất thấp so với tần sốdao đô ̣ng riêng của ma ̣ch có L

Giátri ̣bénhất phùhợp với lưới cóđiê ̣n áp cao Quátrình phu ̣c hồi điê ̣n áp xảy ra ởhai

trường hợp giới ha ̣n sau :

+ Ngắ t mạch cảm ứng lớn ( ϕ≈ 900) thường xảy ra khi ngắn ma ̣ch

+ Ngắ t mạch thuần điê ̣n trở( ϕ ≈ 00)

Trên hình 1-6a biểu diễn trường hợp phu ̣tải thuần điê ̣n cảm ( ϕ ≈ 900) điê ̣n áp phu ̣c hồi

không tuần hoàn, kết quảlà: Uph max ≤ E max Hình 1-6b điê ̣n áp phu ̣c hồi dao đô ̣ng (tuần

hoàn) vàtrên thực tếUph max≤ 2.E max Trên hình 1-6c làtrường hợp phu ̣tải điê ̣n trở(

ϕ ≈ 00), khi đódòng điê ̣n vàsức điê ̣n đô ̣ng nguồn e(t) trùng pha nhau, chúng đồng thời

qua giátri ̣0, điê ̣n áp phu ̣c hồi sẽbằ ng 0

Kết quảlàma ̣ch thuần điê ̣n trở, hồquang dễbi ̣dâ ̣p tắt vĩnh viễn hơn làma ̣ch điê ̣n cảm

Từ đógiải thích khi thửnghiê ̣m thiết bi ̣điê ̣n đóng mởma ̣ch dòng xoay chiều cần phải

thực hiê ̣n trong ma ̣ch cóhê ̣sốcông suất cosϕ thấ p (cosϕ≤ 0.2)

e(t)i(t)ut?tUphmEm?=90?Le(t)i(t)ut?tUm=2EmEm?=90?LUphm?=0?e(t)i(t)ut?tRe(t)i(t)ut?tCi=0?=9 6: Các đường đă ̣c tính điê ̣n áp phu ̣c hồi sau khi cắt ma ̣ch trong cáctrường hợp: a,b) phu ̣

1-tải điê ̣n cảm, c)phu ̣tải điê ̣n trở, d)phu ̣tải dung Trên hình 1-6d biểu diễn điện áp phu ̣c

hồi khi ngắ t mạch đường dây không tải

2 Năng lượng hồquang

a) Dò ng mô ̣t chiều

Đă ̣c tính dâ ̣p tắt hồquang phu ̣thuô ̣c vào năng lượng hồquang Năng lượng hồquang

dò ng mô ̣t chiều tính theo :

Whq=LI22 + ∫ t (U − R.i).i.dt (1.5)

0

Từ phương trình thấy rằng toàn bô ̣năng lượng L2.I2 đãtích lũy trong ma ̣ch trước lúc ngắ t

cộng với năng lượng nguồn sau khi đãbớt phần năng lượng tổn hao trên điê ̣n trởR nằm

trong mạch chính lànăng lượng hồquang (Whq)

Do vđ̣y ởma ̣ch mô ̣t chií̀u, đií ̣n cảm của ma ̣ch càng lớn thìnăng lượng hồquang sẽcàng

lớ n, khi đóhồquang sẽkhódđ ̣p tắ t

b) Dò ng đií ̣n xoay chií̀u

Hồquang xoay chií̀u dđ̣p tắ t lúc i = 0, do đónăng lượng đií ̣n từxem như bằng 0 vàta có:

Đồng thời ta còn thđ́y muốn giảm năng lượng hồquang (mô ̣t chií̀u vàxoay chií̀u) thì phải cđ̀n giảm thời gian đốt cháy của hồquang

3 Công thứ c qui ước ví̀công suđ́t ngắ t

Đí̉đă ̣c trưng cho khảnăng ngắt lớn nhđ́t của thií́t bi ̣đóng mởma ̣ch, người ta đưa vào khái nií ̣m công suđ́t ngắ t (Sngắ t) được xác đi ̣nh theo qui ước theo công thức sau :

Sngắt = C.Ingắt đm(MVA) (1.7)

Uđmfalà điện áp định mức pha(giá trị hiệu dụng)

Uđmdâylà điện áp định mức dây(giá trị hiệu dụng)

Ingắt đmlà giá trị hiệu dụng dòng điện ngắt định mức của thiết bị đóng mở mạch,[kA]

Ingắ tđm làdòng đií ̣n lớn nhđ́t ứng với lúc đđ̀u tiín các tií́p đií̉m rời xa nhau ởđií ̣n áp

đi ̣nh mức của thií́t bi ̣đóng mởma ̣ch

Trong các công thức trín xét tri ̣sốcủa các thông sốcơ bản đí̉khi ngắ t ởgiátri ̣đóthií́t

bi ̣điị́n không bi ̣xảy ra hư hỏng

1.5 BIỊ́N PHÁP VÀTRANG BI ̣DĐ̣P HỒQUANG TRONG THIÍ́T BI ̣ĐIỊ́N

1 Các biê ̣n pháp vàtrang bi ̣đểdâ ̣p hồquang trong thiết bi ̣điê ̣n cần phải đảm bảo yêu cầu

-Trong thờ i gian ngắ n phải dâ ̣p tắ t được hồquang, ha ̣n chếpha ̣m vi cháy hồquang là nhỏ nhất

-Tốc độđóng mởtiếp điểm phải lớn

-Năng lượng hồquang sinh ra phải bé, điê ̣n trởhồquang phải tăng nhanh

-Tránh hiê ̣n tượng quáđiê ̣n áp khi dâ ̣p hồquang

2 Các nguyên tắ c cơ bản đểdâ ̣p hồquang điê ̣n

-Kéo dài ngo ̣n lửa hồquang

-Dù ng năng lượng hồquang sinh ra đểtựdâ ̣p

-Dù ng năng lượng nguồn ngoài đểdâ ̣p

-Chia hồquang thành nhiều phần ngắ n đểdâ ̣p

-Mắ c thêm điện trởsong song đểdâ ̣p

3 Trong thiết bi ̣điện ha ̣áp thường dùng các biê ̣n pháp vàtrang bi ̣sau

1 Kéo dài hồquang điê ̣n bằ ng cơ khí

Đây làbiê ̣n pháp đơn giản thường dùng ởcầu dao công suất nhỏhoă ̣c ởrơle Kéo dài hồ quang là m cho đường kính hồquang giảm, điê ̣n trởhồquang sẽtăng dẫn đến tăng quá trình phản ion đểdâ ̣p hồquang Tuy nhiên biê ̣n pháp này chỉthường được dùng ởma ̣ng

hạáp cóđiê ̣n áp nhỏhơn hoă ̣c bằng 220V vàdòng điê ̣n tới 150 A

b) Dù ng cuô ̣n dây thổi từkết hợp buồng dâ ̣p hồquang

Người ta dùng mô ̣t cuô ̣n dây mắc nối tiếp với tiếp điểm chính ta ̣o ra mô ̣t từtrường tác

dụng lên hồquang đểsinh ra mô ̣t lực điê ̣n từkéo dài hồquang Thông thường biê ̣n pháp

này kết hợp với trang bi ̣thêm buồng dâ ̣p bằ ng amiăng Lực điê ̣n từcủa cuô ̣n thổi từsẽ thổi hồquang vào tiếp giáp amiăng làm tăng quátrình phản ion

c) Dù ng buồng dâ ̣p hồquang cókhe hởquanh co

Buồng được dùng bằng amiăng cóhai nửa lồi lõm vàghép la ̣i hợp thành những khe hở quanh co (khi đường kính hồquang lớn hơn bềrô ̣ng khe thìgo ̣i làkhe he ̣p)

Khi cắ t tiếp điểm lực điê ̣n đô ̣ng sinh ra sẽđẩy hồquang vào khe quanh co sẽlàm kéo dài

và giảm nhiê ̣t đô ̣hồquang

d) Phân chia hồquang ra làm nhiều đoa ̣n ngắ n

Trong buồng hồquang ở phía trên người ta người ta đă ̣t thêm nhiều tấm thép non Khi hồquang xuấ t hiện, do lực điê ̣n đô ̣ng hồquang bi ̣đẩy vào giữa các tấm thép vàbi ̣chia ra

làm nhiều đoa ̣n ngắ n Loa ̣i này thường được dùng ởlưới mô ̣t chiều dưới 220 V và xoay chiều dướ i 500 V

e) Tăng tốc đô ̣chuyển đô ̣ng của tiếp điểm đô ̣ng

Người ta bốtrícác ládao đô ̣ng, cómô ̣t láchính vàmô ̣t láphu ̣(thường làởcầu dao) hai lánày nối vớ i nhau bằ ng mô ̣t lòxo, ládao phu ̣cắ t nhanh do lòxo đàn hồi(lòxo sẽlàm tăng tốc

đô ̣cắt dao phu ̣) khi kéo dao chính ra trước

f) Kết cấ u tiếp điểm kiểu bắ c cầ u

Một điểm cắ t được chia ra làm hai tiếp điểm song song nhau, khi cắt ma ̣ch hồquang được phân chia làm hai đoa ̣n vàđồng thời do lực điê ̣n đô ̣ng ngo ̣n lửa hồquang sẽbi ̣kéo

dài ra làm tăng hiê ̣u quảdâ ̣p

4 Các biê ̣n pháp vàtrang bi ̣dâ ̣p hồquang ởthiết bi ̣điê ̣n trung vàcao áp a)

Dập hồquang trong dầu biến áp kết hợp phân chia hồquang

Ởcác máy cắt trung áp các tiếp điểm cắt được ngâm trong dầu biến áp, khi cắt hồquang xuấ t hiện sẽđốt cháy dầu sinh ra hỗn hợp khí(chủyếu làH) làm tăng áp suất vùng hồ quang, đồng thời giảm nhiê ̣t đô ̣hồquang Các máy cắt điê ̣n áp cao mỗi pha thường được phân ra làm nhiều chỗngắ t

b) Dập hồquang bằ ng khínén

Dù ng khínén trong bình cósẵn hoă ̣c hê ̣thống ống dẫn khínén đểkhi hồquang xuất hiê ̣n (tiếp điểm khi mở ) sẽlàm mởvan của bình khínén, khínén sẽthổi do ̣c hoă ̣c ngang thân hồquang làm giảm nhiê ̣t đô ̣vàkéo dài hồquang

c) Dập hồquang bằ ng cách dùng vâ ̣t liê ̣u tựsinh khí

Thường dùng trong cầu chìtrung áp, khi hồquang xuất hiê ̣n sẽđốt cháy mô ̣t phần vâ ̣t liê ̣u sinh khí(như thủy tinh hữu cơ, ) sinh ra hỗn hợp khílàm tăng áp suất vùng hồ quang

d) Dập hồquang trong chân không

Người ta đă ̣t tiếp điểm cắt trong môi trường áp suất chỉkhoảng 10-6 đến 10-8 N/ cm2 Ởmôi trường này thìđô ̣bền điê ̣n cao hơn rất nhiều đô ̣bền điê ̣n của không khínên hồ quang nhanh chó ng bi ̣dâ ̣p tắ t

e) Dập hồquang trong khíáp suất cao

Khíđược nén ởáp suất tới khoảng 200 N/cm2 hoă ̣c cao hơn sẽtăng đô ̣bền điê ̣n gấp nhiều lầ n không khí.Trong các máy cắ t điê ̣n áp cao vàsiêu cao áp hiê ̣n nay thường sử du ̣ng khíSF6 được nén trong các bình khínén đểdâ ̣p hồquang Hồquang dâ ̣p trong môi trường SF6 rấ t đả m bảo(bởi vìngay cảởđiều kiê ̣n áp suất thường hồquang cũng đãtắt nhanh trong môi trường khíSF6)

Hình 1-7: Các biê ̣n pháp nhân ta ̣o dâ ̣p tắ t hồquang thường dùng

1 a) chia hồquang thành nhiều đoa ̣n; b) dâ ̣p hồquang trong khe he ̣p buồng dâ ̣p; c,d) di chuyển hồquang trong từ trường; e) dâ ̣p hồquang trong dầu

Tiếp xú c điê ̣n chia ra làm ba da ̣ng chính:

-Tiếp xú c cốđi ̣nh: làhai vâ ̣t dẫn tiếp xúc liên kết chă ̣t cứng bằ ng bulông, đinh vít, đinh rivê,

-Tiếp xú c đóng mở: làtiếp xúc màcóthểlàm cho dòng điê ̣n cha ̣y hoă ̣c ngừng cha ̣y từ vâ ̣t

này sang vâ ̣t khác (như các tiếp điểm trong thiết bi ̣đóng cắ t)

-Tiếp xú c trượt: làvâ ̣t dẫn điê ̣n này cóthểtrượt trên bềmă ̣t của vâ ̣t dẫn điê ̣n kia (vídu ̣ như chổi than trượt trên vành góp máy điê ̣n)

Tiếp xú c đóng mởvàtiếp xúc trượt đều cóhai phần, phần đô ̣ng (go ̣i làtiếp điểm đô ̣ng)

vàphần tĩnh (go ̣i làtiếp điểm tĩnh)

Ba dạng tiếp xú c trên đều cóthểtiến hành tiếp xúc dưới ba hình thức:

-Tiếp xú c điểm: làhai vâ ̣t tiếp xúc với nhau chỉởmô ̣t điểm hoă ̣c trên bềmă ̣t diê ̣n tích với đường kính rất nhỏ(như tiếp xúc hai hình cầu với nhau, hình cầu với mă ̣t phẳng, hình

nó n với mă ̣t phẳng, )

-Tiếp xú c đường: làhai vâ ̣t dẫn tiếp xúc với nhau theo mô ̣t đường thẳng hoă ̣c trên bề mă ̣t rấ t hẹp (như tiếp xúc hình tru ̣với mă ̣t phẳng, hình tru ̣với tru ̣, )

-Tiếp xú c mă ̣t: làhai vâ ̣t dẫn điê ̣n tiếp xúc với nhau trên bềmă ̣t rô ̣ng(vídu ̣tiếp xúc mă ̣t phẳng vớ i mă ̣t phẳng, )

Các yêu cầu đối với tiếp xúc điê ̣n tùy thuô ̣c ởcông du ̣ng, điều kiê ̣n làm viê ̣c, tuổi tho ̣ yêu cầ u củ a thiết bi ̣vàcác yếu tốkhác Mô ̣t yếu tốchủyếu ảnh hưởng tới đô ̣tin câ ̣y làm viê ̣c

vànhiê ̣t đô ̣phát nóng của tiếp xúc điê ̣n làđiê ̣n trởtiếp xúc Rtx

Điê ̣n trởtiếp xúc

Xét khi đă ̣t hai vâ ̣t dẫn tiếp xúc nhau(hình 2-1) , ta sẽcódiê ̣n tích bềmă ̣t tiếp xúc :

Sbk= a l

Nhưng trên thực tếdiê ̣n tích bềmă ̣t tiếp xúc thực nhỏhơn nhiều a.l vìgiữa hai bềmă ̣t tiếp

xú c dùgia công thếnào thìvẫn cóđô ̣nhấp nhô, khi cho tiếp xúc hai vâ ̣t với nhau thì

chỉcómô ̣t sốđiểm trên tiếp giáp tiếp xúc Do đódiê ̣n tích tiếp xúc thực nhỏhơn nhiều diện

tích tiếp xúc biểu kiến Sbk= a.l

Diện tích tiếp xúc còn phu ̣thuô ̣c vào lực ép lên trên tiếp điểm vàvâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm,

lực ép càng lớn thìdiê ̣n tích tiếp xúc càng lớn

Diện tích tiếp xúc thực ởmô ̣t điểm(như mă ̣t cầu tiếp xúc với mă ̣t phẳng) xác đi ̣nh bởi:

S = δF d (2.1) Trong đó :

F làlực ép vào tiếp điểm [kg]

d dlàứng suất chống dâ ̣p nát của vâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm [kg/cm2]

Ba ̉ ng 2.1: Ứng suất chống dâ ̣p nát của mô ̣t sốkim loa ̣i thông du ̣ng

Kim loại Ứng suất d d[N/cm2] Kim loại Ứng suất d d[N/cm2]

Nếu tiếp xú c ởn điểm thìdiê ̣n tích sẽlớn lên n lần so với biểu thức (2.1)

Dò ng điê ̣n cha ̣y từvâ ̣t này sang vâ ̣t khác chỉqua những điểm tiếp xúc, như vâ ̣y dòng điê ̣n ởcác chỗtiếp xúc đósẽbi ̣thắt he ̣p la ̣i, dẫn tới điê ̣n trởởnhững chỗnày tăng lên

Điê ̣n trởtiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kìtính theo công thức:

Rtx = K m [ ](2.2)

F

K: hệsốphu ̣thuô ̣c vâ ̣t liê ̣u vàtình tra ̣ng bềmă ̣t tiếp điểm ( theo bảng tra)

m: hệsốphu ̣thuô ̣c sốđiểm tiếp xúc vàkiểu tiếp xúc với:

+Tiếp xú c mă ̣t m = 1

+Tiếp xú c đường m = 0,7

+Tiếp xú c điểm m = 0,5

Bảng 2.2: Tra tri ̣sốK trong công thức (2.2)

Kim loại tiếp xúc Tri ̣sốK [ Ω N] Kim loại tiếp xúc Tri ̣sốK [ Ω N]

đồng – đồng ( 0,08 đến 0,14).10-2 sắt - đồng ( 3,1).10-2

nhôm - nhôm ( 0,127).10-2

Ngoài công thức (2.2) làcông thức kinh nghiê ̣m, người ta còn dùng phương pháp giải

tích đểdẫn giải rút ra công thức tính điê ̣n trởtiếp xúc điểm:

Do vậy rõràng điê ̣n trởtiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của thiết bi ̣ điê ̣n, điê ̣n trởtiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng Nếu phát nóng quámức cho phép thìtiếp điểm sẽbi ̣nóng chảy, thâ ̣m chíbi ̣hàn dính Trong các tiếp điểm thiết bi ̣

điê ̣n mong muốn điê ̣n trởtiếp xúc cógiátri ̣càng nhỏcàng tốt, nhưng do thực tếcónhiều yếu tốảnh hưởng đến Rtx nên không thểgiảm Rtx cực nhỏđược như mong muốn

Ca ́ c yếu tốảnh hưởng đến điê ̣n trởtiếp xúc (Rtx)

Điê ̣n trởtiếp xúc bi ̣ảnh hưởng của nhiều yếu tốvới mức đô ̣khác nhau, ta xét ởđây mô ̣t sốyếu tốchủ yếu sau:

Vâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm

Từ (2.3) ta thấy hê ̣sốchống dâ ̣p nát d d béthìRtx bé.Vìvâ ̣y đứng vềmă ̣t yêu cầu có điê ̣n trở tiếp xúc bénên dùng các vâ ̣t liê ̣u mềm đểlàm tiếp điểm Nhưng thực tếcần phải kết

hợp các yếu tốkhác(như đô ̣bền cơ) nên vâ ̣t liê ̣u thường dùng làđồng, đồng thau ma ̣ thiếc, thép ma ̣thiếc,

Lư ̣c ép lên tiếp điểm

Cũng từcông thức (2.2) và(2.3) lực F càng lớn thìRtx càng nhỏ(hình 2-2)

Đường 1 biểu diễn điê ̣n trởtiếp xúc giảm theo chiều lực tăng, nếu giảm lực nén lên tiếp điểm điê ̣n trởtiếp xúc Rtx thay đổi theo đường 2

Ta có thểgiải thích làvìkhi tăng lực nén bềlên mă ̣t tiếp xúc thìkhông những bềmă ̣t tiếp

xú c bi ̣biến da ̣ng đàn hồi màcòn bi ̣pháhủy cu ̣c bô ̣.Khi ta giảm lực ép thìmô ̣t số điểm tiếp

xú c vẫn còn giữnguyên như khi lực ép lớn tác du ̣ng Tăng lực ép chỉcótác du ̣ng giảm Rtx ở giai đoa ̣n đầu điê ̣n trởlớn vàtrung bình Khi lực ép đủlớn thìdùcó tăng lực ép lên

nữa thìđiê ̣n trởtiếp xúc vẫn không thay đổi

Hi ̀nh da ̣ng của tiếp điểm

Hình da ̣ng của tiếp điểm cũng ảnh hưởng đến Rtx Cùng mô ̣t lực nhưng kiểu tiếp xúc khác nhau thìRtx cũng khác nhau Từcác công thức trên ta thấy Rtx của tiếp xúc mă ̣t nhỏ nhất vìcóhê ̣sốm lớn nhất (tra từcông thức 2.2)

Nhiê ̣t đô ̣của tiếp điểm

Nhiệt đô ̣của tiếp điểm thay đổi sẽlàm Rtx thay đổi theo kết quảthínghiê ̣m với nhiê ̣t đô ̣ nhỏ hơn 2000C cóthểtính Rtx qua công thức:

R = Rtx (0)(1+ 2 3 q) [ ] (2.4)

Trong đó: Rtx(0): điê ̣n trởtiếp xúc ở00C, : hệsốnhiê ̣t điê ̣n trở[1/0C]

: Nhiệt đô ̣của tiếp điểm [0C]

Ti ̀nh tra ̣ng bềmă ̣t tiếp xúc

Bềmặt tiếp xúc khi bi ̣bẩn hoă ̣c khi bi ̣oxit hóa cóRtx lớn hơn nhiều Rtx của tiếp điểm

sạch (do cónhiều điểm không được tiếp xúc trực tiếp bằng vâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm) Khi

bi ̣oxy hó a càng nhiều thìnhiê ̣t đô ̣phát nóng trên bềmă ̣t tiếp xúc càng cao Tiếp điểm bi ̣ oxy hó a cóđiê ̣n trởtiếp xúc tăng hàng chu ̣c lần(vìoxit của phần lớn kim loa ̣i dẫn điê ̣n

kém hơn nhiều kim loa ̣i nguyên chất)

Mâ ̣t đô ̣dòng điê ̣n

Diện tích tiếp xúc được xác đi ̣nh tùy theo mâ ̣t đô ̣dòng điê ̣n cho phép Theo kinh nghiệm đối với thanh dẫn bằng đồng cho tiếp xúc nhau khi nguồn ởtần số50 Hz thìmâ ̣t

đô ̣dòng điê ̣n cho phép là:

Trong đó: I làgiátri ̣dòng hiê ̣u du ̣ng ; S=Sbk diê ̣n tích tiếp xúc biểu kiến

Biểu thứ c (2.5) trên chỉđúng khi dòng điê ̣n biến thiên trong khoảng từ200 đến 2000A Nếu ngoài tri ̣sốđóthìcóthểlấy:

I < 200 A lấ y Jcp = 0,31 [A/ mm2]

I > 2000 A lấ y Jcp = 0.12 [A/ mm2]

Khi vật dẫn tiếp xúc không phải làđồng thìmâ ̣t đô ̣dòng cho phép đối với vâ ̣t liê ̣u ấy có thểlấ y theo công thứ c sau:

TIẾP ĐIỂM THIẾT BI ̣ĐIỆN

Vâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm

Đểthỏa mãn tốt các điều kiê ̣n làm viê ̣c khác nhau của tiếp điểm thiết bi ̣điê ̣n thìvâ ̣t liê ̣u

làm tiếp điểm phải cóđược những yêu cầu cơ bản sau:

-Có đô ̣dẫn điê ̣n cao(giảm Rtx vàchính điê ̣n trởcủa tiếp điểm)

-Dẫn nhiệt tốt (giảm phát nóng cu ̣c bô ̣của những điểm tiếp xúc)

-Không bi ̣oxy hó a (giảm Rtx đểtăng đô ̣ổn đi ̣nh của tiếp điểm)

-Có đô ̣kết tinh vànóng chảy cao (giảm đô ̣mài mòn vềđiê ̣n vàgiảm sựnóng chảy hàn dính tiếp điểm đồng thờ i tăng tuổi tho ̣tiếp điểm)

-Có đô ̣bền cơ cao (giảm đô ̣mài mòn cơ khígiữnguyên da ̣ng bềmă ̣t tiếp xúc vàtăng tuổi thọcủa tiếp điểm)

-Có đủđô ̣dẻo (đểgiảm điê ̣n trởtiếp xúc)

-Dễgia công khi chếtạo vàgiáthành rẻ

Thực tếít vâ ̣t liê ̣u nào đáp ứng được đầy đủcác yêu cầu trên Trong thiết kếsửdu ̣ng tùy

từ ng điều kiê ̣n cu ̣thểmàtro ̣ng nhiều đến yêu cầu này hay yêu cầu khác Những vâ ̣t liê ̣u thường dùng gồm:

1 Đồng kĩthuâ ̣t điê ̣n: đồng nguyên chất thu được bằ ng điê ̣n phân Nóđáp ứng hầu hết các yêu cầu trên Nhược điểm chính của đồng kĩthuâ ̣t điê ̣n làrất dễbị oxit

hó a

2 Đồng cađimi: đồng kĩthuâ ̣t điê ̣n pha thêm cađimi cótính chất cơ cao chống

mài mòn tốt, khảnăng chi ̣u được hồquang tốt hơn đồng kĩthuâ ̣t điê ̣n thông thường

3 Bạc: làvâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm rất tốt do cóđô ̣dẫn điê ̣n cao vàcóđiê ̣n trởtiếp

xú c ổn đi ̣nh Nhược điểm chủyếu làchi ̣u hồquang kém nên sửdu ̣ng bi ̣ha ̣n

chế

4 Đồng thau: hợp kim đồng với kẽm được sửdu ̣ng làm tiếp điểm dâ ̣p hồquang

5 Các hợp kim đồng khác: hợp kim đồng với nhôm, đồng với mangan, đồng với niken, đồng với silic vàcác hợp kim đồng khác được sửdu ̣ng làm tiếp điểm, đồng thời làm lòxo ép (vídu ̣tiếp điểm tĩnh của cầu chì) Những tiếp điểm như

vậy khi bi ̣đốt nóng dễbi ̣mất tính đàn hồi

6 Thép cóđiê ̣n trởsuất lớn: thép thường bi ̣oxy hóa cao nhưng làvâ ̣t liê ̣u rẻnên vẫn được sửdu ̣ng làm tiếp xúc cốđi ̣nh đểdẫn dòng điê ̣n lớn, trong các thiết bi ̣ thép thường được ma ̣

7 Nhôm: có đô ̣dẫn điê ̣n cao, rẻnhưng rất dễbi ̣oxy hóa làm tăng điê ̣n trởsuất

Nhược điểm nữa làhàn nhôm rất phức ta ̣p, đô ̣bền cơ la ̣i kém

8 Vonfram vàhợp kim vonfram: cóđô ̣mài mòn vềđiê ̣n tốt vàchi ̣u được hồ quang tốt nhưng có điê ̣n trởtiếp xúc rất lớn Hợp kim vonfram với vàng sử dụng cho tiếp điểm có dòng nhỏ.Hợp kim với molipđen dùng làm tiếp điểm cho những thiết bi ̣điện thường xuyên đóng mở, khi dòng điê ̣n lớn thìvonfram vàhợp kim vonfram sử du ̣ng đểlàm tiếp điểm dâ ̣p hồquang

9 Vàng vàplatin: không bi ̣oxy hóa do đócóđiê ̣n trởtiếp xúc nhỏvàổn đi ̣nh, được

sử du ̣ng làm tiếp điểm trong thiết bi ̣điê ̣n ha ̣áp códòng điê ̣n bévàquan tro ̣ng

Vàng nguyên chất vàplatin nguyên chất cóđô ̣bền cơ thấp nên thường được

sử du ̣ng da ̣ng hợp kim với môlipđen hoă ̣c với iriđi đểtăng đô ̣bền cơ

10 Than và graphit: cóđiê ̣n trởtiếp xúc vàđiê ̣n trởsuất lớn nhưng chi ̣u được hồ quang rấ t tốt

Thường dùng làm các tiếp điểm màkhi làm viê ̣c phải chi ̣u tia lửa điê ̣n, đôi khi làm tiếp điểm dâ ̣p hồquamg

1 Hợp kim gốm: hỗn hợp vềmă ̣t cơ ho ̣c của hai vâ ̣t liê ̣u không nấu chảy màthu được bằng phương pháp thiêu kết hỗn hợp bô ̣t hoă ̣c bằng cách tẩm vâ ̣t liê ̣u này lên vật liệu kia Thường vâ ̣t liê ̣u thứnhất cótính chất kỹthuâ ̣t điê ̣n tốt, điê ̣n trở suấ t vàđiê ̣n trởtiếp xúc nhỏ, ít bi ̣oxy hóa.Vâ ̣t liê ̣u thứhai cótính chất cơ cao

vàchi ̣u được hồquang Như vâ ̣y, chất lượng kim loa ̣i gốm làdo tính chất của hỗn

hợp quyết đi ̣nh Kim loa ̣i gốm sửdu ̣ng rô ̣ng rãi nhất thường cógốc ba ̣c như :

bạc-niken, ba ̣c- oxit cađimi, ba ̣c- vonfram, ba ̣c-môlipđen Ngoài ra đôi khi người ta sửdu ̣ng kim loa ̣i gốm cógốc đồng như: đồng -vonfram, đồng -

môlipđen, đồng cađimi là m tiếp điểm chính vàtiếp điểm dâ ̣p hồquang

Chú ý

+Vớ i tiếp xúc cốđi ̣nh thường dùng vâ ̣t liê ̣u làđồng, nhôm, thép

+Vớ i tiếp xúc đóng/mởtùy theo dòng dẫn, nếu :

-Dò ng điê ̣n bédùng ba ̣c, đồng, platin, vonfram, đôi khi vàng, môlipđen, niken

-Dò ng vừa đến lớn dùng đồng thau, kim loa ̣i hoă ̣c hợp kim ít nóng chảy như vonfram, molipđen,

-Dò ng điê ̣n lớn thìthường dùng hợp kim gốm (sản phẩm hai kim loa ̣i ởda ̣ng bô ̣t ép la ̣i

ơ ̉áp lực lớn, nhiê ̣t đô ̣cao Hợp kim gốm rất cứng chi ̣u được dòng lớn, khuyết điểm làđô ̣ dẫn điện kém, nên thường được chếta ̣o da ̣ng tấm mỏng hàn trên bềmă ̣t tiếp điểm của thiết bi ̣)

Mô ̣t sốkết cấu tiếp điểm

1 Phân ra làm các loa ̣i theo cấu

tạo Tiếp xúc cốđi ̣nh cócác da ̣ng

-Nối hai thanh tiết diện chữnhâ ̣t

-Nối hai thanh tiết diện tròn (thanh tròn nối với nhau thường trong các thiết bi ̣điê ̣n như

máy ngắ t điê ̣n, máy biến dòng, )

Loại tiếp xúc đóng mởvàtiếp xúc trượt phân theo dòng điê ̣n

-Dò ng bé: I 10 [mA]

-Dò ng vừa: I 100 [A]

-Dò ng lớn: I > 100 [A]

1 Tiếp điểm rơle

Thường dùng ba ̣c, platin tán hàn gávào tiếp điểm, kích thước tiếp điểm do dòng điê ̣n cho phép quyết đi ̣nh (theo bảng cótrong các sổtay thiết kế)

1 Tiếp điểm thiết bi ̣điện khống chế

Các thiết bi ̣như công tắ c tơ, áptômát vàthiết bi ̣cao áp thường códòng điê ̣n lớn Thì những tiếp điểm chính mắc song song với tiếp điểm hồquang khi tiếp điểm ởvi ̣tríđóng

dò ng điê ̣n sẽqua tiếp điểm chính (tiếp điểm) làm viê ̣c, khi mởhoă ̣c bắt đầu đóng tiếp điểm hồquang sẽchi ̣u hồquang Do đóbảo vê ̣được tiếp điểm làm viê ̣c

Ta thường thấy tiếp điểm cócác da ̣ng như hình 2-3

+Hình ngón: dùng trong công tắ c tơ, tiếp điểm đô ̣ng vừa trượt vừa lăn trên tiếp điểm

tĩnh do vâ ̣y cóthểtựlàm bóc lớp oxit trên bềmă ̣t tiếp xúc

+Tiếp điểm bắ c cầ u: dù ng trong rơle vàcông tắ c tơ

+Tiếp điểm đối diện: dùng ởmáy ngắt điê ̣n áp cao

+Tiếp điểm hoa huệ: gồm mô ̣t cánh hình thang giống cánh hoa huê ̣hay chữz, tiếp điểm

đô ̣ng làmô ̣t thanh dẫn tròn

+Tiếp điểm vuốt má : tiếp điểm đô ̣ng kiểu sống dao cóthểtrượt giữa hai vuốt tròn (làm tiếp điểm tĩnh) lòxo vàdây được nối chă ̣t với vuốt

+Tiếp điểm chổi: tiếp điểm động hình chổi gồm những láđồng mỏng 0,1 ¸0,2 mm xế p

lại trượt lên sống dao tiếp điểm tĩnh Đểtăng lực ép trên tiếp điểm hình chổi thìthường

có thêm bản đàn hồi Loa ̣i này khi chổi bi ̣cháy sẽlàm điê ̣n trởtăng nhanh do đóít dùng

làm tiếp điểm hồquang

Hình 2-3:Da ̣ng mô ̣t sốtiếp xúc đóng mở: a) Tiếp điểm ngón, b) Tiếp điểm bắ c cầu, c)Tiếp điểm kiểu cắ m, d) Tiếp điểm kiểu đối diện, e) Tiếp điểm kiểu lưỡi, h) Tiếp điểm kiểu thủ y ngân, g) Tiếp điểm kiểu vuốt má

+Tiếp điểm cắ m: thườ ng được dùng ởcầu dao, cầu chì, dao cách li, áp lực lên tiếp điểm đô ̣ng khoảng P = (0,3 ¸ 0.6) kg/cm2

Nguyên nhân hư hỏng tiếp xúc vàbiê ̣n pháp khắc phu ̣c

1 Nguyên nhân hư hỏ ng

Nguyên nhân hư hỏng tiếp xúc córất nhiều, ta xét mô ̣t sốnguyên nhân chính sau:

a.1) Ăn mò n kim loa ̣i

Trong thực tếchếta ̣o dùgia công thếnào thìbềmă ̣t tiếp xúc tiếp điểm vẫn còn những lỗnhỏ li ti Trong vâ ̣n hành hơi nước vàcác chất cóhoa ̣t tính hóa ho ̣c cao thấm vào và

đo ̣ng la ̣i trong những lỗnhỏđósẽgây ra các phản ứng hóa ho ̣c ta ̣o ra mô ̣t lớp màng mỏng rấ t giò n Khi va cha ̣m trong quátrình đóng lớp màng này dễbi ̣bong ra Do đóbề mă ̣t tiếp

xú c sẽbi ̣mòn dần, hiê ̣n tượng này go ̣i làhiê ̣n tượng ăn mòn kim loa ̣i

a.2) Oxy hó a

Môi trường xung quanh làm bềmă ̣t tiếp xúc bi ̣oxy hóa ta ̣o thành lớp oxit mỏng trên bềmặt tiếp xúc, điê ̣n trởsuất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng Rtx dẫn đến gây phát nóng tiếp điểm Mứ c đô ̣gia tăng Rtx do bềmă ̣t tiếp xúc bi ̣oxy hóa còn tùy nhiê ̣t đô ̣.Ở

20-30oC có lớp oxít dày khoảng 25.10-6mm Theo thínghiê ̣m tiếp điểm đồng đểngoài trờ i sau mô ̣t tháng Rtx tăng lên khoảng 10% Ởnhiê ̣t đô ̣lớn hơn 700C sựoxit hóa rất nhanh Theo thínghiê ̣m ở1000C sau chỉmô ̣t giờRtx của tiếp điểm đồng tăng khoảng 50 lầ n Ngoài ra viê ̣c luân phiên bi ̣đốt nóng vàlàm nguô ̣i cũng tăng quátrình ôxit hóa

a.3) Điện thếhóa ho ̣c của vâ ̣t liê ̣u tiếp điểm

Mỗi chấ t có mô ̣t điê ̣n thếhóa ho ̣c nhất đi ̣nh Lấy H làm gốc cóđiê ̣n thếâm (-) thìta có

bảng mô ̣t sốkim loa ̣i cóđiê ̣n thếhóa ho ̣c như bảng sau:

Bảng 2.3: Điê ̣n thếhóa ho ̣c của mô ̣t sốkim loa ̣i

Điê ̣n thếhóaho ̣c [ V] +0.8 +0.345 0 -0.14 - 0.2 -0.255 -0.44 - 1.34

Hai kim loại cóđiê ̣n thếhóa ho ̣c khác nhau khi tiếp xúc sẽta ̣o nên mô ̣t că ̣p hiệu điện thế

hó a ho ̣c, giữa chúng cómô ̣t hiê ̣u điê ̣n thế.Nếu bềmă ̣t tiếp xúc cónước xâm nhập sẽcó

dò ng điê ̣n cha ̣y qua, vàkim loa ̣i cóđiê ̣n thếho ̣c âm hơn sẽbi ̣ăn mòn trước làm nhanh hỏng tiếp điểm

a.4) Hư hỏ ng do điê ̣n

Thiết bi ̣điện vâ ̣n hành lâu ngày hoă ̣c không được bảo quản tốt lòxo tiếp điểm bi ̣hoen

rỉyếu đi sẽkhông đủlực ép vào tiếp điểm Khi códòng điê ̣n cha ̣y qua, tiếp điểm dễbi ̣ phát

nó ng gây nóng chảy, thâ ̣m chíhàn dính vào nhau Nếu lực ép tiếp điểm quáyếu có

thểphát sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm Ngoài ra, tiếp điểm bi ̣bẩn, rỉsẽtăng điê ̣n trở tiếp

xú c, gây phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếp điểm

b) Các biê ̣n pháp khắ c phu ̣c

Đểbảo vê ̣tiếp điểm khỏi bi ̣rỉvàđểlàm giảm nhỏđiê ̣n trởtiếp xúc cóthểthực hiê ̣n các biê ̣n pháp sau:

b.1) Đối với những tiếp xúc cốđi ̣nh nên bôi mô ̣t lớp mỡchống rỉhoă ̣c quét sơn chống ẩm

b.2) Khi thiết kếta nên chọn những vâ ̣t liê ̣u cóđiê ̣n thếhóa ho ̣c giống nhau hoặc gần bằ ng nhau cho từ ng că ̣p

b.3) Nên sử du ̣ng các vâ ̣t liê ̣u không bi ̣oxy hóa làm tiếp điểm

b.4) Mạđiê ̣n các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau thường được ma ̣thiếc, ma ̣ ba ̣c,

mạkẽm còn tiếp điểm thép thường được ma ̣cađini, niken, kẽm,

b.5) Thay lò xo tiếp điểm: những lòxo đãrỉ, đãyếu làm giảm lực ép sẽlàm tăng điê ̣n trở tiếp xúc, cần lau sa ̣ch tiếp điểm bằng vải mềm vàthay thếlòxo nén khi lực nén còn quáyếu

b.6) Kiểm tra sử a chữa cải tiến: cải tiến thiết bi ̣dâ ̣p hồquang đểrút ngắn thời gian dâ ̣p hồquang nếu điều kiện cho phép

Ti ̀nh tra ̣ng làm viê ̣c của tiếp điểm khi ngắn ma ̣ch

Khi có ngắ n ma ̣ch, nhiê ̣t đô ̣chỗtiếp xúc tăng cao làm giảm tính đàn hồi vàcường đô ̣cơ khícủa tiếp điểm Nhiê ̣t đô ̣cho phép khi ngắ n ma ̣ch quy đi ̣nh:

-Vớ i đồng, đồng thau: [ θ] = (200 ¸300)0C

-Nhôm: [ θ] = (150 ¸200)0C

Tù y thời gian ngắ n ma ̣ch cómâ ̣t đô ̣dòng điê ̣n cho phép khác nhau như bảng 2-4

Bảng 2.4: Mâ ̣t đô ̣dòng điê ̣n cho phép

Vật liê ̣u tiếp xúc Mật đô ̣dòng điê ̣n cho phép jcp [A/mm2 ]

Ngoài ra còn tùy tình tra ̣ng làm viê ̣c của tiếp điểm khi ngắn ma ̣ch xảy ra như:

-Tiếp điểm ở vi ̣tríđóng khi ngắn ma ̣ch

Theo công thứ c kinh nghiê ̣m Butkêvich: Im = K (2.7)

Vớ i: Im: dòng điê ̣n biên đô ̣làm tiếp điểm nóng chảy hàn dính

K: hệsốtùy vâ ̣t liê ̣u làm tiếp điểm vàsốđiểm tiếp xúc

F: lực nén lên tiếp điểm, F = (20 ¸50) kg

HệsốK trong mô ̣t sốtrường hợp cu ̣thểsau:

+ Tiếp điểm chổi đồng, đồng thau: K= 3000 đế n 4000

+ Tiếp điểm hình ngón bằ ng đồng: K= 4100

+ Tiếp điểm kiểu cắ m đồng, đồng thau: K= 6000

-Tiếp điểm trong quátrình đóng bi ̣ngắn ma ̣ch

Lú c này sinh lực điê ̣n đô ̣ng kéo dời tiếp điểm, tiếp điểm đô ̣ng cótốc đô ̣lớn dễsinh hiê ̣n tượng hàn dính vìcóchấn đô ̣ng

Khi dò ng cha ̣y trong vâ ̣t dẫn từtiết diê ̣n lớn sang tiết diê ̣n nhỏthường bi ̣uốn cong sinh

lực điê ̣n đô ̣ng theo công thức:

F = 1,02.10-8.i2ln D d (2.8)

D,d: đường kính tiết diê ̣n lớn vànhỏ[cm]

-Tiếp điểm trong quátrình ngắt bi ̣ngắn ma ̣ch

Phát sinh hồquang cóthểlàm cháy tiếp điểm Tùy kim loa ̣i cótri ̣cực tiểu áp vàcực tiểu

dò ng cóthểphát sinh hồquang

Bảng 2.5: Tri ̣sốdòng, áp cực tiểu

Kim loại tiếp điểm W Ag Cu Al Fe

+Khi cắ t dò ng bé

Nếu I Imin , U Umin : Giữa hai tiếp điểm hình thành mô ̣t cầu kim loa ̣i nóng chảy, cầu

bi ̣đứ t kim loa ̣i sẽchảy từanôt sang catôt Vìvâ ̣y tiếp điểm làanôt bi ̣mòn

Nếu I Imin , U Umin : Hình thành các ion đến bắ n pháphía catôt, kim loa ̣i sẽchuyển

từ catôt sang anôt

+Trường hợp cắt dòng trung bình vàdòng điê ̣n lớn

Hồquang lớ n cảcatôt vàanôt đều bi ̣mòn Cần chúýtiếp điểm đô ̣ng khi đóng cókhi bi ̣ hao

mò n nhiều hơn khi mở

Sựhao mòn tỉlê ̣với dòng điê ̣n, sốlần đóng mởvàlượng điê ̣n tích qua tiếp điểm vàthời gian cháy của hồquang, đólàcác hao mòn vềđiê ̣n (do dòng điê ̣n gây ra) Ngoài ra còn hao mò n vềcơ, thông thường hao mòn vềcơ bằ ng (1 ¸ 3)% hao mò n điê ̣n

Phát nóng

ĐẠI CƯƠNG

Nhiệt lượng sinh ra do dòng điê ̣n cha ̣y qua trong cuô ̣n dây hay vâ ̣t dẫn điê ̣n khi thiết bi ̣ điê ̣n làm viê ̣c sẽgây phát nóng Ngoài ra trong thiết bi ̣điê ̣n xoay chiều còn do tổn hao

dò ng xoáy vàtừtrễtrong lõi sắ t từcũng sinh ra nhiê ̣t Nếu nhiê ̣t đô ̣phát nóng của thiết

bi ̣điện vượt quátri ̣sốcho phép thìthiết bi ̣điê ̣n sẽnhanh bi ̣hư hỏng, vâ ̣t liê ̣u cách điê ̣n nhanh

bi ̣giàhóa, đô ̣bền cơ khícủa kim loa ̣i bi ̣giảm sút Nhiê ̣t đô ̣cho phép của các bô ̣ phâ ̣n của thiết bi ̣điện tham khảo theo bảng cho sẵn

Trong tính toán phát nóng thiết bi ̣điê ̣n thường dùng khái niê ̣m đô ̣chênh nhiê ̣t t làhiê ̣u sốgiữa nhiê ̣t đô ̣phát nóng vànhiê ̣t đô ̣môi trường xung quanh thiết bi ̣điê ̣n 0 Ở vùng ôn đới cho phép t =350C, vù ng nhiê ̣t đới t =500C Sựphát nóng thiết bi ̣điê ̣n còn tùy thuô ̣c

vào chếđô ̣làm viê ̣c Thiết bi ̣điê ̣n cóba chếđô ̣làm viê ̣c: dài ha ̣n, ngắ n ha ̣n và ngắ n ha ̣n lă ̣p

lại

Ca ́ c nguồn nhiê ̣t trong thiết bi ̣điê ̣n-Các phương pháp truyền nhiê ̣t

Trong thiết bi ̣điện mô ̣t chiều sựphát nóng chủyếu làdo tổn hao đồng Đối với thiết bi ̣ điê ̣n xoay chiều, sựphát nóng sinh ra chủyếu làdo tổn hao đồng trong dây quấn vàtổn hao sắ t từ trong lõi thép, ngoài ra còn tổn hao do hiê ̣u ứng bềmă ̣t

Song song vớ i quátrình phát nóng cóquátrình tỏa nhiê ̣t gồm: dẫn nhiê ̣t, bức xa ̣nhiê ̣t

vàđối lưu nhiê ̣t

Quátrình dẫn nhiê ̣t, nhiê ̣t lượng dẫn tính theo công thức

Đối lưu nhiê ̣t: phân làm đối lưu tựnhiên vàđối lưu cưỡng bức, đối lưu phu ̣thuô ̣c vào vi ̣ tríphân bốcủa vâ ̣t thể, kích thước bềmă ̣t, tính chất môi trường xung quanh vâ ̣t vànhiê ̣t

đô ̣môi trường

Nếu xét cảđồng thời ba hình thức trên thìcócông thức Niutơn sau:

P = .S.? hay ? = Sα P

Trong đó: P: nhiê ̣t lượng tỏa ra; S: diê ̣n tích tỏa nhiê ̣t

?: đô ̣chênh nhiê ̣t của vâ ̣t dẫn với môi trường

: hệsốtỏa nhiê ̣t [N/0C.cm2]

Dù ng công thức trên rất tiê ̣n nhưng sai sốcỡ(15 ¸25)%

Hệsố tra trong tài liê ̣u thiết kế:

+Vớ i cuô ̣n dây truyền nhiê ̣t tốt trong pha ̣m vi nhiê ̣t đô ̣750C ¸1200C hệsố là:

= 11.10-4 đến 12,98.10-4 [W/0C cm2]

+Vớ i cuô ̣n dây truyền nhiê ̣t kém: = 9,84.10-4 đến 11,52.10-4 [W/0C cm2]

Nhiê ̣t đô ̣phát nóng vàcấp cách điê ̣n

Nhiệt đô ̣môi trường xung quanh quy đi ̣nh cho các nước ởvùng ôn đới 0 = 350C, nước ởvùng nhiê ̣t đới 0 = 400C Nhiê ̣t đô ̣phát nóng chênh lê ̣ch ? = - 0 quy đi ̣nh vùng

ôn đới thì: ? =350C, vùng nhiê ̣t đới ? =500C

Cấ p cách điê ̣n: căn cứvào khảnăng chi ̣u nhiê ̣t đô ̣phát nóng lớn nhất của vâ ̣t liệu cách điê ̣n màkhông làm pháhủy tính chất cơ của nó, người ta chia vâ ̣t liê ̣u cách điê ̣n ra các cấ p cách điê ̣n gồm cấp:

A : [T0] = (90 ¸105)0C

E : [T0] = (105 ¸120)0C

B : [T0] = (120 ¸140)0C

Các bô ̣phâ ̣n thiết bi ̣điê ̣n quy đi ̣nh

+ Vật liê ̣u không bo ̣c cách điê ̣n đểxa vâ ̣t cách điê ̣n [T0] =110

+ Dây nối tiếp xú c cốđi ̣nh [T0] = 750C

+ Vật liê ̣u không dẫn điê ̣n không bo ̣c cách điê ̣n [T] 1100C

Ngoài ra chếđô ̣làm viê ̣c khác nhau cónhiê ̣t đô ̣lớn nhất cho phép khác nhau

CHẾĐỘLÀM VIỆC DÀI HẠN CỦA VẬT THỂĐỒNG NHẤT

Thiết bi ̣điện làm viê ̣c dài ha ̣n tức làthiết bi ̣điê ̣n cóthểlàm viê ̣c liên tu ̣c lâu dài nhưng thờ i gian làm viê ̣c phải không nhỏhơn thời gian cần thiết đểthiết bi ̣phát nóng đến nhiê ̣t

đô ̣ổn đi ̣nh

Khi có dòng điê ̣n I cha ̣y trong vâ ̣t dẫn sẽgây ra tổn hao mô ̣t công suất P vàtrong thời gian dt sẽgây ra mô ̣t nhiê ̣t lượng:

P.dt = RI2dt (3.1)

Nhiệt lượng hao tổn này bao gồm hai phần:

-Đốt nó ng vâ ̣t dẫn G.C.d?

-Tỏ a ra môi trường xung quanh S ?.dt

Ta có phương trình cân bằng nhiê ̣t của quátrình phát nóng:

P.dt = G.C.d? + S ?.dt (3.2)

Trong đó: G làkhối lượng vâ ̣t dẫn [g]

C làtỉnhiê ̣t vâ ̣t dẫn tỏa nhiê ̣t [J/g]

? làđô ̣chênh nhiê ̣t [00C]

làhê ̣sốtỏa nhiê ̣t [W/cm2]

Từ (3.2) ta cóphương trình :

Đă ̣t T = G S..αC làhằ ng sốthời gian phát nóng

S P.α = ?ôđ : độchênh nhiê ̣t ổn đi ̣nh Ta có:

Khi ngắ t dò ng điê ̣n (I = 0), quátrình phát nóng chấm dứt vàquátrình nguô ̣i la ̣nh bắt đầu

xảy ra, nghĩa làP.dt = 0, ta cóphương trình nguô ̣i la ̣nh:

Dù ng phương pháp vẽcũng cóthểxác đi ̣nh được giátri ̣T Từgốc to ̣a đô ̣gốc ta vẽ

đường tiếp tuyến với đường cong 1 vàđường cong 2 Ta nhâ ̣n được = T

CHẾĐỘLÀM VIỆC NGẮN HẠN CỦA VẬT THỂĐỒNG NHẤT

Ởchếđô ̣làm viê ̣c ngắn ha ̣n đô ̣chênh lê ̣ch nhiê ̣t của thiết bi ̣điê ̣n sau thời gian làm viê ̣c chưa đa ̣t tới tri ̣sốổn đi ̣nh thìthiết bi ̣điê ̣n đãngừng làm viê ̣c Nhiê ̣t đô ̣phát nóng ởchế

đô ̣này lànhỏnhất Khi ngừng làm viê ̣c (I= 0) thìquátrình nguô ̣i la ̣nh la ̣i bắt đầu

Giảsửlàm viê ̣c dài ha ̣n đường cong phát nóng làđường 1 trong hình minh họa

Phụtải lúc này làPf :

KI : hệsốquátải vềdòng điê ̣n

Vídu ̣: Mô ̣t thiết bi ̣điê ̣n cóT = 180s nếu làm viê ̣c dài ha ̣n thìdòng điê ̣n cho phép If = 100

A nhưng nếu làm viê ̣c ngắn ha ̣n trong thời gian tlv = 5 s thìcóthểtăng dòng diện lên bao nhiêu ?

CHẾĐỘLÀM VIỆC NGẮN HẠN LẶP LẠI CỦA VẬT THỂĐỒNG

NHẤT

Đây làchếđô ̣màthiết bi ̣điê ̣n làm viê ̣c trong mô ̣t thời gian tlv mànhiê ̣t đô ̣phát nóng chưa

đa ̣t tới bão hòa vàsau đónghỉmô ̣t thời gian tng mànhiê ̣t đô ̣chưa giảm vềnhiê ̣t đô ̣ban đầu rồi lại tiếp tu ̣c làm viê ̣c vànghỉxen kẽ.Quátrình làm viê ̣c vànghỉcứlă ̣p la ̣i tuần hoàn như

vậy Đểthểhiê ̣n mức đô ̣làm viê ̣c lă ̣p, người ta dùng khái niê ̣m hê ̣sốlàm viê ̣c (còn go ̣i

hệsốđóng điê ̣n):

t

lv

ĐL% =

t lv + t ng .100% (3.15)

Trong thực tếĐL% thường bằng 25%, 40%, 60% Trong chếđô ̣làm viê ̣c ngắn ha ̣n lă ̣p

lại, nhiê ̣t đô ̣phát nóng nhỏhơn chếđô ̣làm viê ̣c dài ha ̣n nhưng lớn hơn ởchếđộngắn ha ̣n Tổng thờ i gian làm viê ̣c tlv vàthời gian nghỉtng ̀ go ̣i làthời gian chu kìtck

Sau một sốchu kìnhiê ̣t đô ̣chênh lê ̣ch nhiê ̣t đô ̣đa ̣t đến đô ̣chênh nhiê ̣t cực đa ̣i tmax và

đô ̣chênh lê ̣ch nhiê ̣t đô ̣cực tiểu tmin không thay đổi, ta go ̣i làthời kìổn đi ̣nh Tương tự như trên, ta viết:

Quátrình phát nóng tmax = tôđ (1- e

Quátrình nguô ̣i la ̣nh: tmin = tmax e T (3.20)

Giải hai phương trình này ta được:

Vớ i: tôđ :đô ̣chênh nhiê ̣t đô ̣ổn đi ̣nh bằng đô ̣chênh nhiê ̣t cho phép tf [0C]

tmax: đô ̣chênh nhiê ̣t đô ̣lớn nhất khi làm viê ̣c ngắn ha ̣n lă ̣p la ̣i [0C]

Có : ?max< ?f = tôđ nên cóthểcho tăng tải thêm lên đểlàm viê ̣c như ởđường cong phát

nó ng 2(ứng với tnl> tf) hình 3-3, đểsau thời gian làm viê ̣c ? = ?f

SỰPHÁT NÓNG KHI NGẮN MẠCH

Thờ i gian xảy ra ngắ n ma ̣ch rất ngắ n nên nhiê ̣t đô ̣cung cấp cho vâ ̣t thểhoàn toàn dùng đểđốt nóng vâ ̣t dẫn vàgần đúng ta coi không cónhiê ̣t lượng tỏa ra môi trường xung quanh Trong thờ i gian dt dòng điê ̣n ngắ n ma ̣ch sinh ra nhiê ̣t lượng là:

dQ = K2m I2 R.dt = K2m I2 ρs l dt (3.25)

Trong đó: Km = I nm

I , vớ i Inm làtri ̣sốdòng ngắ n ma ̣ch qua vâ ̣t dẫn; I làdòng điê ̣n định

mứ c qua vâ ̣t dẫn; S làtiết diê ̣n vâ ̣t thể

Toàn bô ̣nhiê ̣t lượng do dòng điê ̣n ngắ n ma ̣ch sinh ra dùng đểđốt nóng vâ ̣t dẫn lên độ chênh nhiệt đô ̣làd?nm Ta cóphương trình:

dQ = C.G.d?mn = C.S.l g.d?mn (3.26)

Vớ i g làkhối lượng riêng của vâ ̣t dẫn C lànhiê ̣t dung riêng của vâ ̣t dẫn

So sánh biểu thức (3.25) và(3.26) ta có: d?mn = ρ K2m I 2.dt

ρ= ρ0 [ 1+ α0 ( ?ôđ + ?nm )] Trong đó: C0: nhiê ̣t dung riêng khi ? = 0; b0: hê ̣sốnhiê ̣t

Lực điện động

KHÁI NIỆM CHUNG

Một vâ ̣t dẫn đă ̣t trong từtrường, códòng điê ̣n I cha ̣y qua sẽchi ̣u tác đô ̣ng của mô ̣t lực

Lực cơ ho ̣c này cóxu hướng làm biến da ̣ng hoă ̣c chuyển dời vâ ̣t dẫn đểtừthông xuyên qua nó làlớn nhất Lực chuyển dời đógo ̣i làlực điê ̣n đô ̣ng Chiều của lực điê ̣n đô ̣ng được

xác đi ̣nh theo quy tắ c bàn tay trái

Ởtra ̣ng thái làm viê ̣c bình thường, thiết bi ̣điê ̣n được chếta ̣o đểlực điê ̣n đô ̣ng không làm ảnh hưởng gìđến đô ̣bền vững kết cấu Khi ngắn ma ̣ch dòng tăng lên rất lớn (cólúc tới

hàng chu ̣c lần Iđm) do đólực điê ̣n đô ̣ng sẽrất lớn Trong mô ̣t sốtrường hợp dòng lớn,

lực cóthểtới hàng chu ̣c tấn Lực làm biến da ̣ng đôi khi cóthểlàm phávỡkết cấu thiết

bi ̣.Do đó cần phải nghiên cứu lực điê ̣n đô ̣ng đểngăn ngừa tác ha ̣i của nókhi lựa cho ̣n,

tính toán vàthiết kếthiết bi ̣điê ̣n

Ngoài ra người ta còn nghiên cứu ứng du ̣ng lực điê ̣n đô ̣ng đểchếta ̣o các thiết bi ̣điê ̣n như rơle điê ̣n đô ̣ng, cơ cấu đo điê ̣n đô ̣ng,

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰC ĐIỆN ĐỘNG

Phương pháp sửdu ̣ng đi ̣nh luâ ̣t Bio-Xavar-Laplax

Theo quan điểm của phương pháp này lực điê ̣n đô ̣ng làkết quảtương tác lẫn nhau của dây dẫn l mang dò ng điê ̣n I vàtừtrường do dây dẫn khác ta ̣o nên

- Lực điê ̣n đô ̣ng tác du ̣ng lên chiều dài ?l khi códòng điê ̣n I đă ̣t trong từtrường cótừ cảm →

là:

B

ΔF = I Δl x ΔB hay ΔF = I.B.Δl.sinα