Hướng Dẫn Tính Toán Thiết Bị Điện CAO ÁP môn Cơ kỹ thuật | Trường Đại Học Thái Nguyên

lOMoAR cPSD| 22014077
L˚ TH NH BẮC (Chủ biŒn) V NHƯ TIẾN L˚ VĂN QUYỆN DƯƠNG NGỌC THỌ
HƯỚNG DẪN T˝NH TO`N
THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
PHẦN I: M`Y NGẮT ĐIỆN CAO `P
NH XUẤT BẢN KHOA HỌC V KỸ THUẬT H NỘI-2003
HƯỚNG DẪN T˝NH TO`N THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN PHẦN
I: M`Y NGẮT ĐIỆN CAO `P
TÆc giả: LŒ Th nh Bắc (chủ biŒn)
Vı Như Tiến, LŒ Văn Quyện, Dương Ngọc Thọ lOMoAR cPSD| 22014077
Chịu trÆch nhiệm xuất bản: PGS.TS T Đăng Hải
BiŒn tập: Nguyễn Thị Ngọc B ch
Chế bản: Nguyễn Trung Tiến, Văn C ng LŒ
Tr nh b y: Cao Ngọc Ch u, T n Thất Ho B nh
Nh xuất bản Khoa Học v Kỹ Thuật
70 Trần Hưng Đạo - H Nội
In 600 cuốn khổ 19 x 27cm tại Nh in Đại học Quốc gia
Giấy phØp xuất bản số 978-56-20/7/2002
In xong v nộp lưu chiểu thÆng 9 năm 2002. Lời n i ầu
GiÆo tr nh "HƯỚNG DẪN T˝NH TO`N THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN" ược chia l m hai phần:
- Phần 1: MÆy ngắt iện cao Æp.
- Phần 2: Thiết bị iện hạ Æp.
Phần "M`Y NGẮT ĐIỆN CAO `P ược biŒn soạn trŒn cơ sở ề cương
chuyŒn ề v ề cương m n học "Thiết kế thiết bị iện" cho cÆc ng nh Kỹ thuật iện n i
chung v ng nh Thiết bị iện n i riŒng. Chœng t i biŒn soạn cuốn sÆch n y nhằm phục
vụ l m t i liệu giảng dạy, t i liệu tham khảo trong thiết kế m n học cũng như thiết kế
tốt nghiệp cho sinh viŒn ng nh kỹ thuật iện. Cuốn sÆch n y biŒn soạn chủ yếu dựa lOMoAR cPSD| 22014077
trŒn cuốn "ΠPOEKTỉPOBAHỉE BKΛ ATEΛEĨ ΠEPEMEHHOΓO TOKA
BCOKOΓO HAΠP ưEHỉ " của tÆc giả Œ.A.KYKEKOB v cuốn " High
Voltage Circuit Breakers Design and Applications" của tÆc giả Ruben D. Gazon.
Trong quÆ tr nh biŒn soạn, cÆc tÆc giả c n tham khảo cÆc giÆo tr nh "THIẾT
KẾ M`Y NGẮT CAO `P", "THIẾT KẾ M`Y NGẮT DẦU",...l những t i liệu ª ược
trường Đại học BÆch khoa H Nội xuất bản. SÆch n y kh ng chỉ døng l m t i liệu
giảng dạy v học tập cho sinh viŒn ng nh Điện m c n c thể l m t i liệu døng cho
nghiŒn cứu cũng như tham khảo cho ki sư v cÆn bộ ki thuật ng nh iện cũng như
cÆc chuyŒn ng nh liŒn quan.
Nội dung của t i liệu n y ề cập ến cÆc vấn ề l thuyết cơ bản trong t nh toÆn
thiết kế mÆy ngắt iện cao Æp, cÆc vấn ề ược tr nh b y trong 9 chương. Đồng ch Vı
Như Tiến biŒn soạn cÆc chương 1, 2, 3, 7. Đồng ch LŒ Văn Quyện biŒn soạn
chương 6. Đồng ch Dương Ngọc Thọ biŒn soạn chương 8. Đồng ch LŒ Th nh Bắc
biŒn soạn cÆc chương 4, 5, 9 v cÆc phần c n lại.
Trong quÆ tr nh biŒn soạn, cÆc tÆc giả ª nhận ược sự giœp ỡ v cung cấp t
i liệu của cÆc Thầy, C giÆo trong bộ m n Thiết bị iện - iện tử, trường Đại học BÆch
khoa H Nội, ặc biệt l PGS. LŒ Văn Doanh v GVC. Lưu Mỹ Thuận. Chœng t i cũng
ª nhận ược sự giœp ỡ tận t nh của TS.Trần Văn Ch nh v cÆc ồng nghiệp khoa iện
trường Đại học Kỹ thuật Đ Nẵng trong việc hiệu nh v ng g p thŒm nhiều kiến cho nội dung t i liệu.
Mặc dø, chœng t i ª cố gắng trong việc cập nhập cÆc thiết bị hiện ại nhưng
do t i liệu về vấn ề n y rất hạn chế nŒn c thể c n những vấn ề chưa ược ề cập thỏa
Æng. Chœng t i rất mong nhận ược sự ng g p kiến bổ xung của cÆc bạn ọc ể sÆch
ược ho n thiện hơn nữa trong cÆc lần tÆi bản sau.
Mọi thư từ g p xin gửi về bộ m n Thiết bị Điện - trường Đại học Kỹ thuật Đ Nẵng.
Chœng t i xin ch n th nh cảm ơn. CÆc tÆc giả MỤC LỤC Trang LỜI N I ĐẦU
Chương 1
C`C VẤN ĐỀ CHUNG KHI T˝NH TO`N M`Y NGẮT CAO `P ĐIỆN XOAY CHIỀU lOMoAR cPSD| 22014077
1.1. CÆc yŒu cầu cơ bản ối với mÆy ngắt 1.2. Tr nh tự t nh toÆn 5
1.3. CÆc tham số ch nh cho trước khi t nh toÆn 7
1.4. Một số kinh nghiệm khi chọn kiểu mÆy ngắt 9
1.5. Sơ ồ kết cấu mÆy ngắt 11 20 Chương 2
T˝NH TO`N C`CH ĐIỆN CHUNG CỦA M`Y NGẮT
2.1. CÆc tham số cho trước khi t nh toÆn cÆch iện chung
2.2. Phương phÆp t nh gần œng cÆch iện chung 25
2.3. Phương phÆp t nh gần œng sự ph n bố iện Æp cho từng khoảng ngắt trŒn một 29 cực
2.4. V dụ về cÆch t nh cÆch iện chung 31 37 Chương 3
T˝NH TO`N MẠCH V NG DẪN ĐIỆN CỦA M`Y NGẮT 3.1. KhÆi niệm chung
3.2. T nh iện ộng mạch v ng dẫn iện 40
3.3. T nh toÆn nhiệt của mạch v ng dẫn iện 40
3.4. T nh toÆn gần œng sự phÆt n ng thanh dẫn iện sứ v o 50
3.5. T nh toÆn gần œng hệ thống dẫn iện b nh chứa của mÆy ngắt kh ng kh 55
3.6. T nh toÆn cÆc tiếp iểm 61 66 Chương 4
T˝NH TO`N C`C THAM SỐ V ĐẶC TUYẾN CƠ BẢN CỦA C`C THIẾT
BỊ DẬP HỒ QUANG TRONG M`Y NGẮT KH NG KH˝ lOMoAR cPSD| 22014077
4.1. KhÆi niệm chung về t nh toÆn cÆc thiết bị dập hồ quang
4.2. Đặc tuyến chung của quÆ tr nh dập hồ quang khi thổi dọc 76
4.3. T nh toÆn lượng kh ng kh (kh ) chảy qua miệng ống c hồ quang iện 77
4.4. T nh toÆn gần œng c ng suất ngắt v sự phục hồi ộ bền iện ở khoảng giữa hai 79 tiếp iểm 87
4.5. CÆc nguyŒn l cơ bản về cÆch t nh kết cấu cÆc buồng dập hồ quang c thổi
kh ng kh dọc døng shun iện trở
4.6. Kết cấu cÆc thiết bị dập hồ quang c thổi kh ng kh dọc 103 110 Chương 5
T˝NH TO`N KẾT CẤU C`C THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA M`Y NGẮT DẦU
5.1. CÆc vấn ề cơ bản về t nh toÆn cÆc thiết bị dập hồ quang trong mÆy ngắt dầu
5.2. T nh c ng suất v năng lượng của hồ quang trong quÆ tr nh tạo th nh kh khi dập 117 tắt hồ quang trong dầu
5.3. T nh Æp suất trong b nh c chứa khi dạng bong b ng hơi khØp k n 123
5.4. T nh Æp suất trong b nh chứa khi hỗn hợp v kh hơi chảy từ b nh ra 128
5.5. T nh ộ bền iện phục hồi của khoảng hồ quang 131
5.6. Phương phÆp gần œng t nh quÆ tr nh d ng dầu trong b nh chứa sau khi ª dập 136 tắt hồ quang
5.7. Tr nh tự t nh toÆn cÆc b nh chứa thổi dầu tự ộng 140 141 Chương 6
T˝NH TO`N KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA M`Y NGẮT TỰ SINH KH˝
6.1. Đặc t nh chung của quÆ tr nh dập hồ quang của mÆy ngắt tự sinh kh lOMoAR cPSD| 22014077
6.2. T nh gần œng cÆc ặc t nh cơ bản của thiết bị dập hồ quang tự sinh kh 143 145 Chương 7
T˝NH KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG BẰNG TỪ TRONG M`Y NGẮT KH NG KH˝
7.1. Đặc t nh chung của quÆ tr nh dập hồ quang ược l m lạnh trong buồng dập hồ quang kiểu rªnh
7.2. Ngắt mạch iện cảm bằng buồng dập hồ quang kiểu rªnh 151
7.3. T nh tốc ộ chuyển ộng của hồ quang dưới ảnh hưởng của từ trường ngang 153
trong buồng dập hồ quang kiểu rªnh
7.4. T nh sự phÆt n ng cÆc bức th nh của rªnh b nh chứa v t nh d ng iện ngắt 156
7.5. Chọn v t nh cÆc k ch thước ch nh v ặc tuyến cơ bản của b nh chứa c buồng 161
dập hồ quang kiểu rªnh dập bằng từ
7.6. Kết cấu cÆc thiết bị dập hồ quang bằng từ trong rªnh hẹp 164 166 Chương 8
PHƯƠNG PH`P T˝NH C`C ĐẶC T˝NH KH˝ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA M`Y NGẮT KH NG KH˝ 8.1. Đại cương
8.2. T nh sự bơm ầy kh ng kh nØn v o buồng dập hồ quang 169
8.3. T nh kh ng kh chảy từ b nh chứa ra kh quyển 169
8.4. T nh kh ng kh chảy từ thể t ch giới hạn ra ngo i trong lœc Æp suất giảm 178
8.5. Sự bơm ầy kh ng gian l m việc h nh trụ của bộ phận cơ kh chảy bằng hơi 180
8.6. V dụ t nh sự bơm ầy buồng dập hồ quang của mÆy ngắt kh ng kh iện Æp 182 110kV 187 Chương 9
KẾT CẤU V C`C PHƯƠNG PH`P T˝NH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KH˝ CỦA lOMoAR cPSD| 22014077
M`Y NGẮT ĐIỆN CAO `P
9.1. CÆc sơ ồ ộng học của truyền ộng cơ kh 191
9.2. CÆc tham số cho trước ể t nh truyền ộng cơ khi mở bằng l xo
9.3. T nh toÆn ộng lực học của truyền ộng cơ kh mở bằng l xo 195
9.4. T nh toÆn ộng lực học của bộ phận cơ kh chạy bằng hơi của buồng dập hồ 202 quang mÆy ngắt kh ng kh 218
Phụ lục1: Một số loại mÆy ngắt dầu ang sử dụng ở Việt Nam
Phụ lục2: Một số loại mÆy ngắt SF6 ang sử dụng ở Việt Nam 222 T i liệu tham khảo 228 234 lOMoAR cPSD| 22014077 T I LIỆU THAM KHẢO 1.
ΠPOEKTỉPOBAHỉE BKΛ ATEΛEĨ ΠEPEMEHHOΓO TOKA BCOKOΓO HAΠP ưEHỉ - Œ.A.KYKEKOB-MOCKBA 1961 2.
TEOPỉ ΛECTPỉ EKỉx AΠΠAPATOB -Γ. H. AỊEKCAH POB-MOCKBA Bca KOỊA- 1985. 3.
THIẾT KẾ M`Y NGẮT CAO `P - Bộ m n MÆy iện- Kh cụ iện - Đại học BÆch khoa H Nội - 1978. 4.
High Voltage Circuit Breakers Design and Applications- Ruben D. Gazon- New York 1996. 5.
Cẩm nang thiết bị ng cắt - Nh xuất bản Khoa học v Kỹ thuật -H Nội - 1998. 6.
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ M`Y NGẮT DẦU - Lưu Mỹ Thuận- Bộ m n MÆy iện - Kh cụ iện -
Đại học BÆch khoa H Nội - 1976. 7.
GiÆo tr nh Kh cụ iện, døng cho ng nh Điện kh h a- Đại học BÆch khoa H Nội - 1979. 8.
GiÆo tr nh THIẾT BỊ ĐIỆN- LŒ Th nh Bắc- Nh xuất bản Khoa Học v Kỹ Thuật- H Nội- 2001. 9.
Low Oil Content Circuit - Breakers for Outdoor Stations 10...72.5 kV. E.I.B.
10. SF6 Circuit - Breakers with Spring Operating Mechanism 72.5... 170 kV. AEG.
11. Gas - Insulated Switchgear 72.5... 525 kV. AEG.
12. Metal - Enclosed, SF6 - Gas Insulated High Voltage Switchgear (V.I.S.). series B3 up to 420kV. AEG.
13. Quy tr nh vận h nh v bảo dưỡng cÆc loại mÆy ngắt dầu- Nh xuất bản Khoa học v Kỹ thuật-H Nội -1996.
14. Quy tr nh vận h nh v bảo dưỡng mÆy ngắt SF6-Tổng c ng ty Điện lực Việt Nam- H Nội -1998. lOMoAR cPSD| 22014077 lOMoAR cPSD| 22014077 CHƯƠNG 1
C`C VẤN ĐỀ CHUNG KHI T˝NH TO`N M`Y NGẮT CAO `P ĐIỆN XOAY CHIỀU
1.1. C`C Y˚U CầU CƠ BảN ĐốI VớI M`Y NGắT
Trong cÆc hệ thống iện cao Æp, mÆy ngắt l thiết bị ng mở cơ kh c khả năng ng, dẫn liŒn
tục v cắt d ng iện trong iều kiện b nh thường v bất thường của mạch iện, v dụ như ngắn mạch.
Ngắt d ng iện ngắn mạch l chế ộ l m việc nặng nề nhất v cơ bản của mÆy ngắt.
Song qœa iện Æp sinh ra khi ngắt d ng iện bØ của mÆy biến Æp kh ng tải, ngắt d ng iện
dung của ường d y d i v nhiều trường hợp khÆc cũng l iều kiện l m việc nặng nề cho mÆy.
Theo nguyŒn tắc, hệ thống dẫn iện của mÆy ngắt nối tiếp với mạch iện của cÆc
thiết bị iện cao Æp. Khi cÆc bộ phận kết cấu cơ bản của mÆy ngắt cần phải chịu ược sự
tÆc ộng nhiệt, iện từ trong khi l m việc b nh thường cũng như khi ngắn mạch, phải chịu ược
trường tĩnh iện tÆc ộng v o cÆch iện lœc iện Æp ịnh mức v cả trong lœc quÆ iện Æp. Trong
quÆ tr nh l m việc của mÆy ngắt c n c những hiện tượng sinh ra phụ tải nhiệt, cơ v iện tÆc
ộng v o từng bộ phận riŒng của kết cấu mÆy ngắt (sự chÆy của hồ quang iện khi ngắt, sự
tăng Æp suất của chất kh v chất lỏng trong kh ng gian c ng tÆc, cÆc bộ
phận cơ chuyển ộng với gia tốc lớn g y va ập v nhiều những tượng khÆc).
Trong trường hợp cÆc kết cấu của mÆy ngắt kh ng t nh ến iều kiện bất thường th mỗi yếu
tố ª kể trŒn c thể l nguyŒn nh n sinh hư hỏng từng bộ phận hay to n bộ mÆy ngắt.
MÆy ngắt phải ảm bảo hoạt ộng an to n, tin cậy trong chế ộ b nh thường cũng như
bất thường, nŒn cÆc bộ phận kết cấu của n phải tuyệt ối ổn ịnh ối với tÆc ộng nhiệt v lực
iện ộng, cũng như ối với tÆc ộng của iện Æp ª ược t nh toÆn. YŒu cầu chung ối với mÆy ngắt iện cao Æp l
1) CÆc ặc t nh mÆy ngắt phải tương ứng với những yŒu cầu cho trước của n .
2) Tất cả cÆc bộ phận kết cấu của mÆy ngắt trong thời gian vận h nh phải l m việc.
CÆc yŒu cầu chung ối với mÆy ngắt cao Æp ược nŒu trong cÆc tiŒu chuẩn như
ΓOCT 687-41 hay cÆc tiŒu chuẩn khÆc.
Ngo i những yŒu cầu chung, trong cÆc trường hợp riŒng cũng c những yŒu cầu ặc biệt
ối với mÆy ngắt, phụ thuộc v o iều kiện riŒng m mÆy ngắt l m việc. V dụ:
1) Khả năng l m việc ở vøng ẩm ướt, nhiều bụi bặm v c chất nổ.
2) Khả năng l m việc ở vøng rất cao hơn mặt biển.
3) Khả năng l m việc ở cÆc thiết bị di ộng (ầu mÆy xe lửa iện, t u thủy, ...).
4) Th ch hợp với iều kiện l m việc ở nhiệt ộ rất thấp.
Do ng nh hệ thống iện ng y c ng phÆt triển, mÆy ngắt l một trong những bộ phận quan
trọng nhất của hệ thống, cÆc chỉ tiŒu kĩ thuật vận h nh yŒu cầu ng y một cao hơn như: tăng
d ng iện ịnh mức, tăng c ng suất ngắt, n ng cao tÆc ộng nhanh, tÆc ộng nhanh nhiều lần của lOMoAR cPSD| 22014077
TĐL ( ng lặp lại tự ộng), tăng ộ chống ăn m n của cÆc bộ phận cơ v của cÆch iện, vận
chuyển, lắp rÆp, vận h nh thuận tiện, an to n về nổ v hỏa hoạn ...
Trong khi t nh toÆn mÆy ngắt hiện ại cần ặc biệt lưu ến vấn ề n ng cao cÆc chỉ tiŒu kinh
tế kĩ thuật, trọng lượng t nhất trŒn một ơn vị c ng suất ngắt. Kết cấu của mÆy ngắt cần phải
ơn giản, vững chắc, cÆc chi tiết v cÆc kh u kết cấu trong tất cả cÆc loại mÆy ngắt phải
thống nhất v cần phải Æp dụng cÆc phương phÆp gia c ng tiŒn tiến. Trong chế tạo sử dụng
cÆc nguyŒn liệu c t nh cơ, t nh iện, t nh nhiệt cao v kinh tế nhất (chịu plasma, nguyŒn liệu
tiếp iểm ặc biệt, ồ gốm c ộ bền cao, ...).
Tất cả cÆc yŒu cầu kể trŒn cần ược chœ ến trong lœc t nh toÆn.
Những iểm ặc biệt chœ trong khi nghiŒn cứu mÆy ngắt:
1) Ngắt d ng iện ngắn mạch giới hạn l chế ộ l m việc của mÆy ngắt trong t nh toÆn.
2) Trong nhiều trường hợp một mối kết cấu hay chi tiết c thể c một v i nhiệm vụ. V dụ: bộ
phận dẫn iện bị nung n ng bằng d ng iện c thể thường xuyŒn chịu phụ tải cơ rất lớn v chịu lực kØo,...
3) Trong t nh toÆn cÆc kh u cơ bản v cÆc ặc t nh liŒn quan nhau khÆ phức tạp, như lực
biến ổi của l xo trong quÆ tr nh chuyển ộng của bộ phận cơ kh , Æp suất biến ổi của kh
trong buồng dập hồ quang v lực iện ộng tÆc ộng v o cÆc phần dẫn iện của n . Phương
phÆp ể t nh ch nh xÆc rất phức tạp, cho nŒn trong t nh toÆn phải ơn giản h a bằng cÆc phương phÆp gần œng.
4) Cần ặc biệt chœ trong khi t nh toÆn cÆc thiết bị dập hồ quang.
Trong ng nh chế tạo thiết bị iện hiện nay cÆc phương phÆp t nh ch nh xÆc thiết bị dập hồ
quang chưa c , cho nŒn trong t nh toÆn người ta sử dụng cÆc tham số thực nghiệm v thử
khả năng ngắt của mÆy ngắt.
Mặc dø phương phÆp t nh gần œng i khi chỉ cho ịnh hướng, nhưng cũng cần ược ho n chỉnh
v Æp dụng rộng rªi trong thiết kế mÆy ngắt cao Æp, cho phØp rœt ngắn thời gian cần thiết
ể ho n th nh kết cấu mÆy ngắt trong cÆc ph ng th nghiệm v trŒn cÆc m h nh. Trong ng nh
chế tạo mÆy ngắt c nhiều biện phÆp dập hồ quang, kh ng những kết cấu của thiết bị dập hồ
quang c nhiều kiểu m c n c nhiều kiểu mÆy ngắt. Biện phÆp dập hồ quang khÆc nhau theo
kiểu mÆy ngắt ược xÆc ịnh bằng cÆc tham số cho trước v cÆc kiểu iều khiển vận h nh (
iện Æp ịnh mức, d ng iện ịnh mức, c ng suất ngắt, tần số,...).
Giải quyết sơ bộ ba vấn ề cơ bản sau c một nghĩa ặc biệt quan trọng trong lœc t nh toÆn gồm:
1) Ch nh xÆc h a cÆc tham số cho trước. 2) Chọn kiểu mÆy ngắt.
3) Chọn v ch nh xÆc h a sơ ồ kết cấu.
Trong sản xuất mÆy ngắt cao Æp c ng suất ngắt lớn hay loại mÆy ngắt mới th cÆch chọn
kiểu v sơ ồ kết cấu ng vai tr quyết ịnh.
Theo kinh nghiệm khi t nh toÆn, sản xuất, lắp rÆp v vận h nh mÆy ngắt cao Æp ª h nh th
nh một số h nh dÆng kết cấu của cÆc chi tiết riŒng, từng bộ phận v to n bộ thiết bị cũng
như c ng nghệ iển h nh sản xuất mÆy ngắt. Trong lœc t nh toÆn cÆc kiểu mÆy ngắt mới lOMoAR cPSD| 22014077
cÆc biện phÆp kĩ thuật ª c ều cần ược chœ , phải n ng cao yŒu cầu v Æp dụng những th nh
tựu mới nhất của khoa học c ng nghệ v o sản xuất. Nhiệm vụ của nh chế tạo l phải t m ra
những giải phÆp t nh toÆn, kết cấu mới hợp l hơn trŒn cơ sở nghiŒn cứu cÆc hiện tượng
vật l , sử dụng cÆc tham số th nghiệm, Æp dụng cÆc cÆch t nh v cÆc th nh tựu trong lĩnh
vực c ng nghệ chế tạo.
Cần phải chœ ến cÆc xu hướng hiện ại trong lĩnh vực t nh toÆn trạm ph n phối cÆc thiết
bị cao Æp, sơ ồ của trạm c ảnh hưởng ến h nh dÆng kết cấu, k ch thước, cÆc chỉ tiŒu v
cÆc ặc t nh khÆc của mÆy ngắt.
1.2. TR NH Tự T˝NH TO`N
QuÆ tr nh thiết kế mÆy ngắt cao Æp gồm ba giai oạn cơ bản.
1. T nh toÆn phÆc thảo
CÆc yŒu cầu kĩ thuật ối với mÆy ngắt phải t nh toÆn cần ược xÆc ịnh rı, t m ra cÆc giải
phÆp lợi nhất v dự ịnh những kiểu c thể Æp dụng, cÆc phương Æn kết cấu.
2. T nh toÆn kĩ thuật
Quyết ịnh kiểu Æp dụng v phương Æn kết cấu, tiến h nh cÆc t nh toÆn cần thiết v t nh
toÆn cÆc kh u, cÆc chi tiết của mÆy ngắt. Chuẩn bị t i liệu kĩ thuật ể sản xuất thử. 3. T nh toÆn chế tạo
Trong giai oạn n y trŒn cơ sở kinh nghiệm sản xuất v cÆc tham số mẫu tiến h nh ch nh xÆc
h a kết cấu v vẽ cÆc bản vẽ thi c ng ể sản xuất mẫu. Chuẩn bị t i liệu c ng nghệ cần thiết ể sản xuất h ng loạt.
Thường người ta tiến h nh những th nghiệm nghiŒn cứu v thử cÆc h nh mẫu, cÆc chi tiết
cÆc kh u v mÆy ngắt mẫu cho cả ba giai oạn.
Sau y giới thiệu thứ tự giải quyết cÆc vấn ề khi kh ng c những tham số ịnh hướng
về kết cấu v k ch thước của thiết bị dập hồ quang:
1) Ch nh xÆc h a cÆc tham số cho trước ối với mÆy ngắt ược t nh toÆn. 2) Chọn kiểu mÆy ngắt.
3) T nh toÆn thiết bị dập hồ quang, ịnh hướng h nh dÆng kết cấu v xÆc ịnh k ch thước sơ bộ của n .
4) Lập sơ ồ kết cấu của mÆy ngắt.
5) T nh toÆn cÆch iện của mÆy ngắt v xÆc ịnh k ch thước mạch v ng dẫn iện,
khoảng cÆch cÆch iện v k ch thước của cÆc bộ phận cÆch iện trụ.
6) T nh toÆn cÆc kh u cơ bản gồm:
a) T nh lực iện ộng tÆc ộng v o từng bộ phận mạch v ng dẫn iện của mÆy
ngắt ược t nh toÆn trong iều kiện vận h nh.
b) T nh sự phÆt n ng khi l m việc d i hạn do d ng iện ịnh mức, t nh ộ bền vững
của cÆc bộ phận mạch v ng dẫn iện khi tÆc ộng của d ng iện ngắn mạch
v t nh toÆn cÆc bộ phận . lOMoAR cPSD| 22014077
c) T nh sự phÆt n ng do d ng iện ịnh mức v t nh ộ bền vững của hệ thống tiếp
iểm mÆy ngắt khi ngắn mạch.
d) T nh v xÆc ịnh kết cấu sứ cÆch iện của mÆy ngắt.
) T nh ặc t nh kh ộng học của mÆy ngắt (trong trường hợp t nh toÆn mÆy ngắt kh ng kh ).
e) T nh v xÆc ịnh cÆc bộ phận truyền ộng cơ kh .
g) T nh v xÆc ịnh cÆc kết cấu trụ ỡ, thøng chứa, vỏ, ống dẫn, cÆc bộ phận
iều khiển bằng thủy lực hay bằng hơi.
h) XÆc ịnh cÆc ặc t nh cơ kh cho trước ể chọn cÆch truyền ộng (nếu mÆy
ngắt kh ng c truyền ộng hơi bŒn trong).
i) Vẽ phÆc thảo về kết cấu mÆy ngắt.
Trong trường hợp ª biết tham số ịnh hướng về thiết bị dập hồ quang th việc t nh sơ bộ thiết
bị dập hồ quang kh ng cần thiết.
Trong nhiều trường hợp khi t nh toÆn những kh u, chi tiết phức tạp th việc t nh toÆn cÆc
bộ phận riŒng ược tiến h nh song song, v dụ:
- T nh toÆn nhiệt cÆc tiếp iểm dập hồ quang tiến h nh song song với t nh cÆc thiết bị dập hồ quang.
- Khi t nh toÆn cÆch iện của mÆy ngắt phải xÆc ịnh lu n kiểu cÆch iện. - Khi t nh
thanh dẫn iện của sứ cần thiết phải c cÆc tham số về cÆc k ch thước v kết cấu
cÆch iện của sứ xuyŒn.
1.3. C`C THAM Số CH˝NH CHO TRƯớC KHI T˝NH TO`N
CÆc tham số ch nh cho trước của mÆy ngắt t nh toÆn ược xÆc ịnh bằng những iều kiện vận h nh sau: 1) Điện Æp ịnh mức. 2) D ng iện ịnh mức. 3) CÆc d ng iện ngắt.
4) C ng suất ngắt trong iều kiện cho trước (trong chu tr nh thao tÆc c t nh chất tiŒu chuẩn,
tần số của iện Æp phục hồi, ...).
5) Hằng số thời gian của mÆy ngắt.
6) Thời gian ngắt mÆy ngắt.
7) Độ bền vững nhiệt của mÆy ngắt.
8) D ng iện qua giới hạn khi ngắt ngắn mạch v ộ bền vững của mÆy ngắt lœc ngắt mạch.
9) D ng iện ng giới hạn. 10) Thời gian ng. 11) Chu tr nh thao tÆc.
12) Loại bệ ặt v chỗ ặt trong hệ thống.
Những yŒu cầu của mÆy ngắt ược t nh toÆn rœt ra từ cÆc iều kiện c ng tÆc ặc biệt, cÆc
yŒu cầu cần ược chœ trong khi t nh toÆn. lOMoAR cPSD| 22014077
CÆc giÆ trị của iện Æp ịnh mức, d ng iện ịnh mức v c ng suất ngắt ịnh mức, thời gian ngắt
ho n to n, ược qui ịnh trong cÆc tiŒu chuẩn (như ΓOCT 687-41):
- Điện Æp ịnh mức: 3, 6, 10, 15, 20, 35, 110, 150, 220,... kV.
- D ng iện ịnh mức :200, 400, 600, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000,... A.
- C ng suất ngắt ịnh mức : 15, 20, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 2000, 2500,... MVA.
- Thời gian ngắt ho n to n:
+ Với mÆy ngắt tÆc ộng nhanh th kh ng quÆ 0,08 s.
+ Với mÆy ngắt tÆc ộng tăng cường th kh ng quÆ 0,15s.
+ Với mÆy ngắt tÆc ộng kh ng nhanh th lớn hơn 0,15s.
Để n ng cao cÆc yŒu cầu ối với mÆy ngắt cao Æp iện xoay chiều hiện nay ang c nhiều
tiŒu chuẩn khÆc c thang của iện Æp ịnh mức, d ng iện v c ng suất ngắt ược mở rộng ến 800
kV, 12000 A v 25000 MVA. Trong tiŒu chuẩn n y ặc biệt chœ ến sự ch nh xÆc h a cÆc
yŒu cầu ối với thời gian ngắt ho n to n v sự tiŒu chuẩn h a c ng suất ngắt c t nh tới sự kh
ng ối xứng của d ng iện ngắn mạch v tần số dao ộng của iện Æp phục hồi.
Theo tiŒu chuẩn thời gian ngắt ho n to n của mÆy ngắt ược chia ra ba loại: kh ng quÆ 0,06
s, kh ng quÆ 0,1s v hơn 0,1s.
CÆc tiŒu chuẩn của tần số iện Æp phục hồi (chế ộ qœa ộ) trong bảng 1-1.
Độ bền nhiệt biểu hiện bằng d ng iện ngắn mạch lớn nhất i qua cÆc bộ phận dẫn iện trong
khoảng thời gian cho trước c phÆt n ng kh ng vượt mức cho phØp. Độ bền nhiệt kh ng phải
l ặc t nh cho trước m ược xÆc ịnh khi kiểm tra ộ phÆt n ng bằng d ng iện ịnh mức l m việc
d i hạn sau khi t nh cÆc bộ phận dẫn iện.
Bảng 1-1: CÆc tiŒu chuẩn của tần số iện Æp phục hồi Điện Æp ịnh mức, kV 6 10 15 20 35 110 150 220 Tần số giao ộng
Trong giới hạn từ 100 ến 50% riŒng (lớn hơn) c ng suất ngắt 8 6 4,5 3 2 1 0,8 0,6 kHz
KØm hơn 50% c ng suất ngắt 20 15 12 9 7 3 2,5 2
D ng iện ngắn mạch chạy qua lớn nhất trong thời gian rất ngắn kh ng l m mÆy ngắt hư hỏng
gọi l d ng iện giới hạn của mÆy ngắt.
Trị số d ng iện ngắn mạch giới hạn ược Ænh giÆ bằng trị số biŒn ộ v giÆ trị hiệu dụng của
d ng iện ở chu k thứ nhất, khi tỉ số biŒn ộ v giÆ trị hiệu dụng ược xÆc ịnh theo c ng thức: K P = Ia 2 + Ic lOMoAR cPSD| 22014077 Ia2 + Ic2
Ia : giÆ trị hiệu dụng của th nh phần chu k .
Ic : giÆ trị trung b nh của th nh phần kh ng chu k .
Ti lệ giữa trị số của d ng iện giới hạn (In) v d ng iện ngắt giới hạn (I0) c thể t m theo ường
cong giảm dần của d ng iện ngắn mạch khi biết trước giÆ trị của thời gian ngắt ho n to n.
ĐÆnh giÆ gần œng ti lệ n y xÆc ịnh theo c ng thức: In = K In 0
Kn : hệ số t nh toÆn, trị số của n phụ thuộc v o th ng số lưới iện v tÆc ộng ngắt nhanh, c thể
lấy một cÆch gần œng bằng 1,3 ÷ 1,6.
Trị số biŒn ộ của d ng iện ngắt giới hạn ược t nh toÆn khi thiết kế, với d ng iện n y khi ở
iện Æp ịnh mức mÆy ngắt l m việc ổn ịnh, trị số n y cũng ược xem l trị số hiệu dụng của d
ng iện ng cho phØp. BiŒn ộ d ng iện ng xÆc ịnh một cÆch ịnh hướng bằng cÆch nh n trị
số d ng iện ngắt giới hạn với 1,8 2 . Trong nhiều trường hợp trị số d ng iện ng phụ thuộc v o
cÆc ặc t nh truyền ộng của mạch ngắt.
Trong khi t nh toÆn từng kh u cần phải c thŒm h ng loạt cÆc th ng số phụ cho trước. V dụ:
Æp suất l m việc trong cÆc b nh chứa của mÆy ngắt hay của truyền ộng (trong trường hợp
truyền ộng bằng kh ), iện Æp l m việc ở cÆc ầu của cuộn d y truyền ộng, mức ộ gi (ể xÆc
ịnh phụ tải gi ) ở vøng ặt thiết bị, mức giảm nhiệt ộ lớn nhất của chuyển ộng c hệ thống tiếp xœc, ...
Ảnh hưởng của tất cả cÆc nh n tố ến kết cấu v ặc t nh mÆy ngắt sẽ ược nghiŒn cứu ở cÆc
chương sau. CÆc tham số cho trước ối với mÆy ngắt sản xuất h ng loạt ược xÆc ịnh trong
kết quả nghiŒn cứu, cÆc yŒu cầu của ng nh sử dụng v khai thÆc c t nh ến sự phÆt triển sau n y.
1.4. MộT Số KINH NGHIệM KHI CHọN KIểU M`Y NGắT
T nh chọn kiểu mÆy ngắt theo cÆc tham số cho trước l một nhiệm vụ phức tạp v quan trọng,
nhiệm vụ yŒu cầu giải quyết kịp thời với những ặc t nh ặc biệt v cÆc chỉ tiŒu kĩ thuật vận
h nh, kinh tế kĩ thuật của cÆc kết cấu hiện c .
Trước hết cần phải t nh ến cÆc iều kiện l m việc của mÆy ngắt, cÆc xu hướng hiện
ại trong khi t nh toÆn mÆy ngắt sản xuất h ng loạt. Vấn ề n y cũng kh ng kØm phần quan
trọng trong khi xÆc ịnh cÆc kết cấu mới của mÆy ngắt c tham số thật cao ( iện Æp 330kV
v cao hơn, d ng iện ịnh mức trŒn 13000A).
Khi chọn cần phải tiến h nh:
1) So sÆnh cÆc chỉ tiŒu của cÆc kiểu mÆy ngắt hiện c với những tham số cho trước. 2)
ĐÆnh giÆ khả năng thực tế v l thuyết ở kết cấu của kiểu ược chọn với cÆc ặc t nh yŒu cầu cho trước.
Dưới y giới thiệu sự ph n loại v một v i kinh nghiệm c t nh chất ịnh hướng theo sự Ænh giÆ
so sÆnh cÆc kiểu mÆy ngắt cao Æp iện xoay chiều. lOMoAR cPSD| 22014077
Về phương diện chọn kiểu người ta ph n loại mÆy ngắt:
1) Theo loại m i trường dập hồ quang.
2) Theo cÆch dập hồ quang.
3) Theo phương phÆp cÆch iện ở chỗ cao Æp của cÆc phần dẫn iện.
4) Theo iện Æp ịnh mức.
5) Theo d ng iện ịnh mức.
6) Theo c ng suất ngắt ịnh mức.
7) Theo quan hệ về kết cấu của bộ phận truyền ộng cơ kh của mÆy ngắt.
8) Theo thang tÆc ộng nhanh.
9) Theo sự tiện lợi cho TĐL tức thời.
Ở bảng 1 - 2 giới thiệu sự ph n loại mÆy ngắt theo loại m i trường dập hồ quang v theo cÆch
dập hồ quang. Bảng 1 - 3 giới thiệu cÆc ặc iểm, ưu v khuyết iểm của cÆc kiểu mÆy ngắt
cơ bản ở cÆc thang iện Æp khÆc nhau.
Theo iện Æp ịnh mức ngắt c thể chia ra l m hai nh m ch nh:
- MÆy ngắt iện Æp 35kV v cao hơn (mÆy ngắt trạm biến Æp).
- MÆy ngắt iện Æp 20kV v thấp hơn ( mÆy ngắt mÆy phÆt). 4
H nh 1-1. Ma y ng ıt kh ng khŒ. 1. B nh khŒ ne n; 2. Bu ng dÆßp h
quang; 3. ´iªßn tr sun; 4. Tiªœp iªłm chŒnh; 5. B phÆßn ca ch ly. lOMoAR cPSD| 22014077
MÆy ngắt trạm biến Æp l nh m lớn, thường d ng iện ịnh mức nhỏ hơn 2000A. Với loại n y
yŒu cầu khả năng ngắt rất cao (bØ hơn 20.000 MVA) tÆc ộng nhanh, tiện lợi ối với TĐL
tức thời v nhiều ặc t nh khÆc.
MÆy ngắt trạm biến Æp thường sử dụng cÆc loại mÆy ngắt sau:
1) MÆy ngắt kh ng kh (mÆy ngắt kh ng kh trụ). 2) MÆy ngắt t dầu. 3) MÆy ngắt nhiều dầu.
Hiện nay c mÆy ngắt kiểu elegas (SF6) c khả năng dập hồ quang rất cao, kh SF6 ược sử dụng
l m m i trường dập hồ quang. Kiểu mÆy ngắt n y c những ặc t nh kĩ thuật vận h nh v kinh tế
kĩ thuật rất cao. So sÆnh cÆc tham số ở bảng 1, 2, 3 v theo t i liệu hiện c thể kết luận mÆy
ngắt kh ng kh ưu việt hơn cÆc loại mÆy ngắt khÆc, ặc biệt ối với mÆy ngắt c iện Æp ịnh
mức 110kV v cao hơn. Ở cÆc trạm biến Æp việc tạo kh nØn cho mÆy ngắt kh ng kh l m
việc kh ng kh khăn, v trong cÆc trạm ph n phối iện cao Æp, hệ thống cÆc mÆy ngắt, cÆc
cầu dao iều khiển bằng hơi l hợp li nhất, ho n chỉnh v thuận tiện nhất cho việc tự ộng h a.
Tuy thế do i hỏi gia c ng ch nh xÆc, nŒn giÆ th nh mÆy ngắt kh ng kh cao hơn mÆy ngắt
t dầu cøng một chỉ tiŒu trọng lượng.
MÆy ngắt t dầu về mặt kĩ thuật v kinh tế døng cho những nơi kh ng c yŒu cầu cao trong hệ
thống iện. Ở y cÆc yŒu cầu về trị số c ng suất ngắt, những ặc t nh vận h nh khÆc (tÆc ộng
rất nhanh, TĐL tức thời, nhiều lần, ngắt một cÆch tin cậy d ng iện iện dung nhỏ, cho phØp
thường xuyŒn kiểm tra v thay ổi hệ thống tiếp xœc, ...) c thể t hơn.
Bảng 1-2: Ph n loại mÆy ngắt theo m i trường dập hồ quang v cÆch dập hồ quang
Loại m i CÆch dập hồ Kiểu thiết bị dập Kiểu mÆy CÆc tham số ịnh hướng trường dập quang hồ quang ngắt
Điện Æp ịnh D ng iện ịnh C ng suất ngắt hồ quang. mức kV mức A ịnh mức , MVA 1 2 3 4 5 6 7
Dập hồ quang Tiếp xœc ứt Nhiều dầu 10 1500 50 quªng ơn trong dầu giản trong dầu L m lạnh hồ Nhiều dầu cả Dầu 35 2000 1000
quang trong buồng c bộ buồng dập hồ 110 2000 5200
buồng của sản phận thổi dọc quang 330 2000 25000 phẩm tạo th hay ngang ˝t dầu 10 1500 300 nh kh trong dầu 35 1500 1000 tÆch rời từ 110 2000 2500 dầu (hỗn hợp 330 2000 10000 kh hơi)
bức phŒn dập t dầu kiểu chậu 15 (20) 6000 2500 hồ quang lOMoAR cPSD| 22014077
L m lạnh th n buồng c bộ t nước 15 600 300 Chất lỏng kh hồ quang phận thổi ng chÆy trong luồng trong nước (nước) hơi nước
bức phŒn dập nước kiểu chậu 15 2000 1500 hồ quang 1 2 3 4 5 6 7
Chất rắn sinh L m lạnh th n Buồng c bộ phận Tự ộng kh 10 600 300 ra kh
hồ quang trong thổi dọc hay luồng của sản ngang phẩm tạo th nh khi tÆch ra từ chất rắn sinh kh Kh ng kh L m lạnh th Kh ng kh 10 2000 3000 nØn n hồ quang 35 2000 1500 trong luồng Buồng thổi 110 2000 5000 kh ng kh kh ng kh dọ 400 c 2000 25000 nØn hay ngang Tự ộng 10 400 2550 Buồng thổi iều khiển dọc c iện trở bằng hơi shun. Kh ng kh c 15 12000 4000 iện trở shun Kh ng kh v
Chuyển dịch Buồng kiểu Kh ng kh 15 4000 7500 mặt bằng từ khe với hệ iện từ với phẳng l m trường thống từ buồng c
lạnh của cÆc ngang v l m trường thổi. khe. th nh buồng lạnh thŒm hồ quang trong khe buồng. Kh ng kh Chia th n hồ Buồng với sự Kh ng kh iện 15 2000 1000 v mặt quang ra l m lạnh bằng từ với phẳng l m nhiều phần lưới với hệ những tấm lạnh cÆc
liŒn tiếp bởi thống từ lưới dập hồ iện cực. chuyển dịch trường thổi. quang. bằng từ trường. SF6
L m lạnh hồ Buồng thổi ele gas 380kV v 2000 40000 quang trong elegas dọc hay cao hơn elegas ngang lOMoAR cPSD| 22014077 Ch n kh ng Ph n t ch Ch n kh ng Ch n kh ng 110 v cao 600 250 thŒm hồ dập hồ quang hơn quang trong ch n kh ng
Theo cÆc tham số cơ bản ( iện Æp ịnh mức, d ng iện, c ng suất ngắt) mÆy ngắt kiểu
nhiều dầu tương ương với mÆy ngắt kh ng kh , ặc biệt l sau khi kết cấu mÆy ngắt kiểu nhiều
dầu ª c nhiều cải tiến.
Bảng 1-3: So sÆnh về chất lượng cÆc kiểu mÆy ngắt Kiểu mÆy CÆc ưu việt cơ bản CÆc nhược iểm cơ bản ngắt v iện Æp ịnh mức 1 2 3 Nhiều dầu c 1.
Cơ cấu tương ối ơn giản. 1.
Kh ng an to n về hỏa hoạn v phÆt nổ buồng dập hồ 2.
C khả năng ặt mÆy biến d 2.
Cần phải kiểm tra thường xuyŒn trạng
quang iện Æp ng ở bŒn trong.
thÆi dầu trong b nh v trong cÆc sứ v o cao Æp. 110kV v cao 3. Năng lực ngắt cao. 3.
Khối lượng dầu lớn yŒu cầu thời gian khÆ d i ể hơn
4. Th ch hợp với cÆc trạm ngo i
kiểm tra buồng dập hồ quang v hệ thống tiếp xœc. trời. Thời gian thay dầu lớn. 4.
Trong trạm biến Æp cần thiết phải dự trữ dầu
nhiều v cÆc trang bị lọc dầu rất qui m . 5.
Thực tế kh ng th ch hợp với cÆc trạm trong nh mÆy. 6.
˝t th ch hợp cho TĐL tức thời nhiều lần trong chu tr nh. 7.
CÆc tiếp xœc dập hồ quang lớn. 8. Chi ph nhiều. 9.
Trọng lượng lớn kh ng thuận tiện cho chuyŒn chở lắp rÆp. 10.
Kh ng c khả năng tạo th nh thể thống nhất
với sự Æp dụng những mối lớn.