CÔNG TẮC TƠ, chương 17 pdf

Chng 17: Tính toán buồng dập
hồ quang
I. khái niệm chung :
ở điều kiện bình th-ờng chất khí hầu nh- không dẫn điện và
là môi tr-ờng cách điện tốt. Trong khí cụ điện khi đóng hoặc ngắt
mạch, đặc biệt là khi ngắt mạch điện hồ quang sẽ phát sinh ở giữa
từng cặp tiếp điểm của công tắc tơ. Hồ quang cháy toả ra một nhiệt
l-ợng lớn, nếu không đ-ợc dập tắt kịp thời thì l-ợng nhiệt đó sẽ
phát bỏng tiếp điểm, cách điện thậm chí phá hỏng kết cấu của thiết
bị điện. Cho nên dập tắt hồ quang có ý nghĩa rất quan trọng đối với
tuổi thọ và độ làm việc tin cậy của thiết bị.
Trong hồ quang điện xoay chiều dòng điện qua trị số không
hai lần trong một chu kỳ. Khi đó độ bền catot độ bền cách điện
đ-ợc phục hồi. Do đó ng-ời ta lợi dụng hiện t-ợng này để thiết kế
buồng dập hồ quang sao cho dòng điện dập tắt ngay sau khi dòng
điên đi qua trị số không đầu tiên. Tuy nhiên hồ quang th-ờng
không bị dập tắt ngay tại thời điểm đó.
Khi dòng điện xoay chiều qua trị số không ở khu vực hồ
quang đồng thời xảy ra hai quá trình mật thiết với nhau :
+. Quá trình dập hồ quang: là quá trình iôn hoá tăng c-ờng.
+. Quá trình tạo điều kiện cho hồ quang cháy lại: là quá trình phục
hồi điện áp
Đặc tr-ng cho quá trình thứ nhất là tốc độ tăng c-ờng cách điện và
đặc tr-ng cho quá trình thứ hai là tốc độ phục hồi điện áp.
II. các yêu cầu của hệ thống dập hồ quang:
Đảm bảo đ-ợc khả năng đóng ngắt mạch điện nghĩa là đảm
bảo giá trị dòng điện đóng và dòng điện ngắt ở điều kiện cho tr-ớc.
Có thời gian cháy nhỏ để giảm ăn mòn tiếp điểm và thiết bị
dập hồ quang
Quá điện áp thấp.
Kích th-ớc hệ thống dập hồ quang nhỏ, vùng khí iôn hoá nhỏ.

Nếu không nó có thể chọc thủng cách điện giữa các phần và có thể
toàn bộ khí cụ điện.
iii. tính toán buồng dập hồ quang:
1. Chọn kết cấu và vật liệu làm buồng dập hồ quang:
Nh- đã trình bày ở phần chọn kết cấu. Để tính toán buồng
dập hồ quang ta chọn kết cấu buồng dập của công tắc tơ mà ta thiết
kế là: buồng dập kiểu dàn dập.
Khi chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang ta cần chú ý đến các
tính chất sau:
Tính chịu nhiệt của vật liệu.
Tính cách điện và chống ẩm.
Độ nhám bên trong của buồng dập hồ quang.
Độ ứng cao.
Từ tính chất trên ta chọn vật liệu làm buồng dập hồ quang là xi
măng- amiăng.
2. Số l-ợng tấm:
Theo công thức (3- 49) quyển 1 ta có số l-ợng tấm:
2
o
hqmđ
0
ph
2
mđmđ
2mđmđ
tk
]
U.k.35,0+U
)
k

U.k
ln+1.(kU.k
[+6,0Ăín
-
Trong đó:
+. k
đm
: hệ số định mức. Theo công thức (3 - 40) quyển 1 ta có:
k
đm
= 0,9 . k
sd
.
o
cos1 -
Theo trang 124- quyển 1 với khí cụ điện đóng ngắt 3 pha ta có: k
sd
= 1,5.
Hệ số công suất của mạch ngắt ta chọn cos
= 0,85.
Nên hệ số định mức: k
đm
= 0,9. 1,5. 0,85-1 = 0,52.
+.Theo công thức (3 - 50)- quyển 1 ta có:
1300
k.I.L
=k
0
t
3/2

ng
2
I
ng
= 4.I
đm
= 4. 60 = 240 (A): dòng điện khi ngắt.
Theo công thức (3 - 47) quyển 1:
273T+40(.I.2
10.t)].7,5I(.+820[
=k
ng
6
ng
2
t
0
t
-
-
Trong đó: t,
t
: bề dày và khoảng cách giữa các tấm.
Theo trang 135- quyển 1 ta có :
t = 1 5 (mm). Chọn t = 1 (mm)

t
2 (mm). Chọn
t
= 2 (mm)

T: nhiệt độ của tấm dàn dập. Theo công thức (3 - 48)- quyển
1 ta có:
T = 293 + 0,018 . I
ng
. Z
= 293 + 0,018. 240. 300 = 367,8 (
0
K).
Với Z = 300 (lần/h): số lần đóng ngắt trong một giờ.
457528=
)2738,367+40(.240.2
10.t)].7,5240(.2+820[
=k
62
0
t
-
-


.I
sin.U
=L
ng
0mđ
Điện cảm ngắn mạch ( theo công thức 3-32 quyển 1).
Cos

0
= 0,85 sin

0
= 0,52.
= 2. . f = 2. 3,14 . 50 = 314 (rad/s).
U
đm
= 400 (V).
I
ng
= 240 (A).
Nên ta có:
).H(10.7,2=
314.240
52,0.400
=L
3-
Vậy ta có: 69,36=
1300
457528.240.10.7,2
=k
3/23
2
-
+.U
ph
0
: điện áp phục hồi ban đầu của một khoảng trống.
Theo công thức (3 - 46) quyển 1 ta có:
).V(6,0n.U=U
0
t

0
ph
-
Trong đó: U
0
t
= (72 + 0,72
t
) = ( 72 + 0,72 . 2) = 73,44 (V).
Và n: là số khoảng trống. Để t-ơng ứng với I
đm
= 60A ; U
đm
=
400V.Ta chọn n = 2 khoảng trống.
Nên:
).V(7,86=6,02.34,73=U
0
ph
-
+. U
hq
0
: điện áp hồ quang của 1 khoảng trống. Theo công thức (3-
5)- quyển 1.
U
hq
0
= ( 110 + 0,003. I
ng

).( 0,7 + 0,04
t
)
= (110 + 0,003 . 240 ).( 0,7 + 0,04. 2) = 86,34 (V).
Nên số l-ợng tấm :
63,2=]
52,0.34,86.35,0+7,86
)
69,36
400.52,0
ln+1.(69,36400.52,0
[+6,0Ăín
2
tk
-
Vậy để phù hợp ta chọn số tấm thiết kế n
tk
= 5 (tấm)
3. Kiểm tra điều kiện xảy ra quá trình dao động:
Theo công thức (5 - 53) quyển 1 ta có;
).Hz(8348=
240.10.7,2
6,05.415
=
I.L
6,0n.415
>f
3/233/2
ng
tk

0
-
-
-
Theo công thức (3 - 30)- quyển 1:
f
0
=
mđ
U
380
. ( A + B . P
đm
3/4
) =
400
380
. ( 8000 + 2100 + 42400
3/4
).
= 59502376 (Hz).
Trong đó:
A = 8000; B = 2100: hệ số t-ơng ứng hệ thống cáp.
P
đm
: Công suất phụ tải:
P
đm
= 3 . U
đm

. I
đm
. cos
0
. k
dt
K
dt
= 1,2 là hệ số dự trữ:
U
đm
= 400V, I
đm
= 60A, cos
0
= 0,85.
P
đm
= 3 . 400 . 60. 0,85. 1,2 = 42400 (W).
Vậy f
0
> 8348 (Hz) nên thoả mãn điều kiện quá trình không dao
động.
4.Thời gian cháy của hồ quang:
Theo công thức (3 - 5)- quyển 1:
hq
2
đt
hq
hq

V.9+V
l
=t
Trong đó:
+.V
tđ
= 0,1 (m/s) = 10 (cm/s): tốc độ của tiếp điểm.
+. l
hq
: chiều dài hồ quang trên một khoảng trống.
Theo công thức (3 - 38)- quyển 1
0
hq
hq
nq
R.n
R
=l
n = 4: số khoảng trống ( vì ta chọn n
t
= 5 ).
- R
hq
: điện trở toàn bộ của hồ quang.
hq
hq
hq
I
U
=R

Ta có: I
hq
= 0,5. I
ng
= 0,5 . 240 = 120 (A) : dòng điện hồ quang.
U
hq
= U
hq
0
. 6,0n - : điện áp hồ quang.
U
hq
0
= 86,34 (V) : điện áp hồ quang trong một khoảng trống.
U
hq
= 86,34. 6,04 - = 159,2 (V).
Nên điện ta có:
).(32,1=
120
2,159
=R
hq

- R
hq
0
: giá trị trung bình của điện trở hồ quang trên 1 cm chiều dài
hồ quang của 1 khoảng trống. Theo công thức (3 - 37)- quyển 1 ta

có:
).(26,0=
240
14200
+015,0=
I
14200
+015,0=R
22
ng
0
hq

Vậy chiều dai hồ quang:
).cm(27,1=
26,0.4
32,1
=l
hq
- V
hq
: vận tốc chuyển động của hồ quang.Theo công thức (3-19)-
quyển 1:
V
hq
= 37.
3
hq
I = 37.
3

120 = 182,5 (m/s).
Vậy thời gian cháy của hồ quang:
).s(0023,0=
5,182.9+10
27,1
=t
22
hq
Ta có thời gian dập hồ quang là 1/2 chu kỳ. Vậy thời gian dập
hồ quang t
d
= 0,005 (s). Nên t
hq
< t
d
nghĩa là thời gian cháy nhỏ hơn
thời gian dập hồ quang là hợp lý.
+. Chiều dài nhỏ nhất của 1 tấm ngắn.
l
t
1,73.
t
. t
d
.
3
ng
I = 1,73. 2
2
. 0,005.

3
240 = 0,22 (cm).
Để đảm bảo hồ quang không ra khỏi buồng dập ta chọn l
t
=
0,3 (cm).