HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 7 ppsx

133

⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−++=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡

−
−−
ω
π
ω
ω
π
ω
ω
β
α
ω
β
)n(
tcos
)n(
tsinae)p(p
)n(
t
bân
11
1
01
(5-39)
Trong đó:
a =
+
εω
βω
22

p
obđ
: là áp suất trong bình chứa lúc bắt đầu nửa chu kì được xét (5-39) cho ta
phương trình để tính áp suất ở cuối bất kì n nửa chu kì hồ quang cháy với áp suất ban đầu
trong bình p
o
.
ae)ap(eae)ap(p
n
n
i
in
n
++≈+++=
−
−
=
−−
∑
ω
πβ
ω
βπ
ω
π
β
0
1
1

0
(5-40)
Từ (5-40) rút ra rằng, trong trường hợp hồ quang cháy ổn định ở phần sản khí của
bình chứa (khi số lượng nửa chu kì hồ quang cháy nhiều) trị số áp suất ở cuối mỗi nửa chu
kì của dòng điện có thể tính theo phương trình:
22
ωβ
ε
ω
+
=≈
∞
ap (5-41)
Cùng với trường hợp đó (
cons
t
IU
mhq
=
), nhưng có tính đến góc pha tạo thành hồ
quang, dựa trên cơ sở công thức nửa thực nghiệm của Avakian, công thức tính toán có
dạng:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−

⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
=
∞
t
)t(sin
CF
lIBE
,p
qâ
mhqtr
ω
ψω
3
22
1760
3
2
0
(5-42)
l
0
: là chiều dài của hồ quang trong khoảng sinh khí của bình chứa,cm.
C : là hằng số lấy bằng 1500.

Tất cả các phương trình trên đúng với trường hợp tiết diện lỗ không đổi, nghĩa là
F
qđ
= const.
Khi trong quá trình chảy tiết diện tổng của lỗ thay đổi, tính toán theo các phương
trình nêu trên cần phải tiến hành từ quan hệ cho trước F
qđ
=f(t) = var.
Trong trường hợp riêng được xác định bằng các yếu tố kết cấu và tốc độ chuyển
động các tiếp điểm. Khi đó phương pháp số là phương pháp tính hợp lí nhất, ví dụ phương
pháp phân đoạn liên tiếp.
Với các bình chứa trong quá trình chảy các lỗ được mở ra cái nọ tiếp cái kia theo
trình tự nhất định và với khoảng thời gian xác định. Tính toán cần phải tiến hành theo các
giai đoạn, ta giả
thiết rằng mỗi lỗ được mở ra tức thời ở thời điểm xác định. Có thể áp dụng
phương pháp này để tính các bình chứa có thổi ngang.
Khi tính sự thay đổi áp suất trong bình chứa trong lúc hỗn hợp khí chảy sau khi dập
tắt hồ quang hoàn toàn rất quan trọng, trong phương trình cho trước (5-35) công suất hồ
quang N
t
cần phải lấy bằng không. Ngoài ra, cần phải chú ý đến ảnh hưởng ngưng tụ hơi
dầu trong bong bóng khí hơi. Khi đó phương trình cho trước có dạng sau:
0=+
t
bâ
qâtt
t
p
V
F

dt
dp
ξ
α
(5-43)

134

Trong đó ξ là hệ số tính đến sự ngưng tụ hơi dầu.
Nghiệm đủ của phương trình này có dạng:
bâ
qâp
V
F
ctr
epp
ξα
−
=
1
(5-44)
Trong đó:
p
cn
: là áp suất trong bình chứa ở cuối nửa chu kì sau cùng, xác định từ phương
trình (5-40) hay (5-41).
t
3
: là thời gian kể từ khi hồ quang tắt.
Trong vùng dập tắt hồ quang (ở vùng thân hồ quang bị làm lạnh ráo riết nhất) áp

suất phụ thuộc vào kết cấu của bình chứa và vào vị trí của các tiếp điểm trong thời gian
dập tắt hồ quang.
Trong các bình chứa có các tiếp điểm nằm phía trong (xem hình 5-1, c) áp suất ở
vùng dập tắt hồ quang bằng áp suất p
t
tính theo phương trình (5-44).
Trong các bình chứa, dập tắt hồ quang xảy ra trong rãnh (xem hình 5-1, a), áp suất ở
vùng dập tắt hồ quang thấp hơn áp suất phía trong bình chứa.
(
)
pp
tf t
=÷053 088,, (5-45)

5.5. TÍNH Độ BềN ĐIệN PHụC HồI CủA KHOảNG NGắT Hồ QUANG

Trong các bình chứa của máy ngắt dầu quá trình hồ quang khi cháy lặp lại đặc biệt
là khi dập tắt hồ quang trong không khí nén, xuất hiện nhiệt trễ của thân hồ quang dư và độ
dẫn dư của khoảng trống có liên quan với nhiệt trễ đó.
Như đã biết, trong trường hợp này tính cơ học của cháy lặp lại hoàn toàn khác với
đánh thủng về điện của khoảng trống bình th
ường dưới tác dụng của điện áp phục hồi.
Hiện nay chưa có phương pháp nào cho phép tính tổng hợp tất cả các ảnh hưởng.
Trong tính toán qúa trình này thường dựa vào các điều kiện đánh thủng về điện của khoảng
trống bình thường giữa các tiếp điểm S trong khí.
Như vậy, đánh giá các điều kiện để đánh thủng lặp lại của khoảng trố
ng giữa các
tiếp điểm trong bình chứa ở cuối nửa chu kì nào đó dập tắt hồ quang dựa trên cơ sở tính độ
bền điện của khoảng trống đó thay đổi theo thời gian
),p,s(fU

âth
θ
=
và so sánh U
đth
với
điện áp phục hồi U
ph
cho từng thời điểm sau điểm không của dòng điện.
Cách tính gần đúng độ bền điện của khoảng trống trong khí có thể dựa trên cơ sở
của phương trình chung:
t
pâth
UU
θ
θ
0
=
(5-46)
U
p
: là độ bền điện của khoảng trống ở áp suất tuyệt đối p
t
và ở nhiệt độ bình
thường
θ
0
=300
0
K.

θ
t
: là nhiệt độ của thân hồ quang thay đổi theo thời gian.
Hiện nay chưa có đủ các tham số thí nghiệm cho phép đánh giá trực tiếp độ bền
điện của khí thân hồ quang dư được làm lạnh trong luồng hỗn hợp khí hơi. Cho nên khi xác

135

định trị số độ bền điện của hỗn hợp khí hơi có thể lấy độ bền điện của hyđrô rồi hiệu chỉnh
cho tương ứng có tính đến các trường hợp: trong khí có nguyên tử các bon, khả năng tạo
thành của cácbuahyđrô và cũng như sự tồn tại của hơi dầu ở bề mặt của thân hồ quang.
Tính độ bền đi
ện của không khí, hyđrô và các khí khác là xác định quan hệ
)Sp(fU
tp
=
, gần đúng sơ bộ có thể dùng phương trình:
kV)Sp(U
,
tp
450
37≈
(5-47)
S: là chiều dài của khoảng trống, cm.
p
t
: là áp suất tuyệt đối trong vùng của khoảng trống, xác định bằng phương trình
(5-40) nêu ở trên.
Lại làm lạnh thân hồ quang dư một cách đối lưu mạnh gần đúng sơ bộ xác định sự
thay đổi nhiệt độ

θ
t
bằng phương trình:
)e(e
t
mt
t
bât
ττ
θθθ
−−
−+= 1
(5-48)
t : là thời gian kể từ cuối nửa chu kì của dòng điện hồ quang.

θ
bđ
= 3500
0
K : là nhiệt độ ban đầu cực đại.

θ
mt
: là nhiệt độ môi trường chung quanh (luồng hỗn hợp khí hơi).

τ : là hằng số thời gian nhiệt,
k
r.C
p
2

γ
τ =
Với C
p
: là nhiệt dung riêng của khí thân hồ quang dư (khi áp suất không đổi).

γ : là trọng lượng riêng của khí.
r : là bán kính của than hồ quang dư.
k : là hệ số tản nhiệt.
Trị số
τ phụ thuộc vào áp suất của khí, vào mức độ đối lưu và vào nhiệt độ, chúng
phụ thuộc rất nhiều vào dòng điện hồ quang và vào kết cấu của bình chứa.
Trong trường hợp dập tắt hồ quang trong bình chứa có thổi dầu mạnh ở dòng điện
lớn, trị số
τ lấy bằng: τ=
−
210
4
. [s]
Kinh nghiệm chỉ ra rằng, khi dòng điện giảm (từ 5000A tới thấp hơn) trị số
τ tăng ,
khi dòng điện vào khoảng 1000A thì đạt tới 5.10
-4
s.
Từ phương trình (5-48) cho ta phương trình để tính U
d
:
p
t
mt

t
bâ
âth
U
ee
U
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−+
=
−−
ττ
θθ
θ
1
0
(5-49)
Khi tính sơ bộ định hướng có thể đơn giản phương trình (5-49), cho
θ
mt
= 0, khi đó
ta có:
p
t

bâ
âth
UeU
τ
θ
θ
0
=
(5-50)

136

Trong phương trình (5-48) phục hồi độ bền điện xảy ra trong thời gian Δt ngắn, thì
áp suất p
t
xem là không đổi. Với áp suất của nửa chu kì thứ n có thể tính trên cơ sở phương
trình (5-44) với t
3
→ 0, nghĩa là:
nct
pp
=
(5-51)
Trong đó: p
nc
: là áp suất trong bình chứa ở cuối nửa chu kì thứ nhất.
Trên cơ sở của các phương trình trên ta tìm được giá trị điện áp giới hạn trên của
mạch ngắt tương ứng với khoảng ngắt S và áp suất p
t
. Dựa vào đẳng thức cơ bản để tìm:

mFhm
f
t
âth
UkU ≥
=
0
2
1
(5-52)
f
0
: là tần số dao động bản thân của máy ngắt.
U
mFh
: là biên độ của điện áp phục hồi.
k
m
: là hệ số tính đến đặc tính không đồng nhất của hai lượng giữa U
đth
= f(t) và
U
Fh
= f
1
(t).
Gần đúng sơ bộ có thể tính:
a
a
m

k
,k,
k
570571
−
≈

21 ≤≤
a
k : là hệ số tăng biên độ điện áp phục hồi.
Trị số U
mFh
tính theo phương trình:
dadamFh
Uk,U,.kU 12128660 == (5-53)
U
d
: là trị số điện áp dây cho phép của mạch ngắt, kV.
Các phương trình (5-52 và (5-54) cho ta:
)k,(,.ee
U
U
a
f
t
mt
f
t
bâ
p

d
1722701
00
22
0
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−+
≤
−−
ττ
θθ
θ
(5-54)
Và :
)k,(,
U
eU
a
p
f
bâ
d

172270
0
2
1
0
−
≤
τ
θ
θ
(5-55)
Từ các phương trình này ta thấy, trị số U
d
phụ thuộc vào tần số dao động bản thân
của mạch ngắt. Song qua các thí nghiệm cho biết rằng khi dập tắt hồ quang, trong các
buồng dập hồ quang hiện đại có thổi dầu tự động quan hệ như thế chỉ đúng trong trường
hợp ngắt dòng điện nhỏ (nhỏ hơn 200A). Do ảnh hưởng của độ dẫn dư, nên giải tần số rộng
(f
0
>2000Hz), khi ngắt dòng điện lớn trị số U
d
không phụ thuộc vào tần số. Cho nên khi
dòng điện lớn, trong các phương trình (5-54) và (5-55) có thể lấy:
fHzt
f
s
0
0
4
2000

1
2
2510===
−
;,.
Với các tham số đã nhận trước kia
τ
=2.10
-4
s,
θ
0
=300
0
K và θ
bđ
=3500
0
K, phương
trình gần đúng (5-55) để tính U
d
dẫn về dạng đơn giản hơn:
kV)Sp(.
k,
,
U
k,
,
U
,

t
a
p
a
d
450
37
1752
430
1752
430
−
=
−
=

(5-56)

137

Hoặc:
450,
tad
)Sp(BU = (5-57)
Trong đó:
1752
16
−
=
a

a
k,
B

Ví dụ: Tìm điện áp dây cho phép của mạch ngắt đối với khoảng trống S=5cm ở áp suất
p
t
=20at và trị số biên độ k
a
=1,5.
Đối với p
t
S=100kg/cm theo phương trình (5-47).
(
)
()
37 37 100 292
045
045
pS kV
t
,
,
==
Theo phương trình (5-56):
UkV
d
=
−
≈

043292
412 1
40
,.
,

Phương trình (5-57) cho phép tiến hành những tính toán định hướng sơ bộ khác. Ví
dụ khi tốc độ chuyển động của tiếp điểm không đổi.

v
S
t
const
=
=
2

Ta tính được trị số tối thiểu của khoảng trống ở áp suất p
t
và điện áp dây U
d
cho trước:
222
1
,
a
d
t
min
B

U
p
S
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
,cm (5-58)
Về thời gian tối thiểu hồ quang cháy trong quá trình chảy nên:
222
2
1
,
a
d
t
min
B
U
p
t
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
=
ν
,
[s] (5-59)
Tương ứng với thời gian cực đại hồ quang cháy:
tt t
22 2max min
=
+
Δ
(5-60)

Δt
2
= 0,01s : là thời gian bổ sung tính đến sự không tương ứng về thời điểm ban đầu
của quá trình dập tắt hồ quang (giai đoạn thứ hai) qua điểm không của dòng điện.
Khi chọn tốc độ
ν cần phải theo đúng các biểu thức nêu ở mục 5.3 và 9.1.
Trong truyền động cơ khí của máy ngắt dầu hiện tốc độ đạt không quá:
s/m10
≤
ν

Từ phương trình (5-58) tìm được građien trung bình dập tắt hồ quang:
550
450

,
,
t
a
d
dtr
S
p
B
S
U
E ==
(5-61)
Rõ ràng rằng khi các điều kiện khác giống nhau số lượng khoảng ngắt tăng, građien
dập tắt hồ quang sẽ tăng (n
0,45
) lần.
n: là số lượng khoảng ngắt tạo thành cùng một lúc.

5.6. PHƯƠNG PHÁP GầN ĐÚNG TÍNH QUÁ TRÌNH DÂNG DầU TRONG BÌNH
CHứA SAU KHI ĐÃ DậP TắT Hồ QUANG

138


Sau khi hồ quang tắt hoàn toàn, do sự khác nhau áp suất bên trong và bên ngoài
bình chứa, trong một thời gian hỗn hợp khí hơi sẽ tiếp tục chảy qua miệng lỗ của bình
chứa do đó áp suất giảm và được biểu thị bằng phương trình (5-44). Quá trình này có thể
tiếp xúc đến khi áp suất trong bình chứa giảm xuống đến giá trị (xem hình 5-4, c):
(

)
pzz
Kd
=−
01
γ (5-62)
Sau khi hỗn hợp khí hơi bắt đầu chảy qua lỗ phía trong và qua miệng lỗ dầu chảy
đầy bình chứa, nhờ mức chênh lệch của dầu z
0
-z
1
. Như vậy, trong trường hợp chung thời
gian đủ để chuẩn bị cho mở lần tiếp sau cần phải cộng hai khoảng thời gian:
baââ
ttt
+
=

t
a
: là thời gian áp suất trong bình giảm.
t
b
: là thời gian dầu điền đầy vào bình.
Như giả thiết trên gần đúng sơ bộ thời gian t
a
có thể tính theo phương trình (5-44)
với các điều kiện ban đầu:
bâtbât
VV;pp;t

=
=
=
0
ttp p Z
at K d
=
=
=
;
0
γ
(5-63)
k
bâ
tt
bâ
a
p
p
ln
F
V
t
ξα
=

p
dđ
: là áp suất ban đầu trong bình chứa.

V
bđ
: là thể tích ban đầu hỗn hợp khí hơi chiếm.
F : là tiết diện miệng lỗ của bình chứa.

ξ :là hệ số tính đến sự ngưng tụ của hơi dầu.

α
tt
: là hằng số xác định theo phương trình (5-34).
Nếu tính chế độ chảy là dưới tới hạn, thời gian t
b
tính gần đúng theo phương trình:
hl
bâ
b
R
k
g
F
V
t
θ
0
1
2
−
≈
(5-64)
Trong đó F

l
: là tiết diện của lỗ thải khí.
k
0
: là hệ số cản.
R : là hằng số của hỗn hợp khí hơi.

θ
h
: là nhiệt độ trung bình của hỗn hợp khí hơi.
Từ các phương trình trên thấy rằng, thời gian dầu dâng phụ thuộc rất nhiều vào tiết
diện các lỗ F, F
l
và vào thể tích ban đầu.
Sau khi ngắt công suất lớn, nếu tiết diện F
l
bé thời gian dầu dâng rất lớn, thì thiết bị
đó không thể làm việc trong chu trình có TĐL tác động nhanh. Cho nên trong các trường
hợp như thế phải áp dụng biện pháp đổ dầu cưỡng bức vào bình chứa nhờ các thiết bị thủy
lực đặt bên trong.
Trong một số trường hợp đổ dầu bằng bộ phận cơ khí thổi cưỡng bức như hình 5-3.


139

5.7. TRÌNH Tự TÍNH TOÁN CÁC BÌNH CHứA THổI DầU Tự ĐộNG

Trong thực tiễn thiết kế có thể gặp hai trường hợp tính toán cơ bản tùy thuộc cách
đặt vấn đề.
+ Đối với bình chứa đã biết các kích thước của các chi tiết, cho trước tốc độ chuyển

động của tiếp điểm động (một hay một số). Cần phải tính: giới hạn điện áp dây cho phép U
d

giới hạn của của dòng điện ngắt, giới hạn của công suất ngắt khi điện áp dây gần với tiêu
chuẩn giới hạn và thời gian dập tắt hồ quang hoàn toàn. Trong trường hợp này tính kiểm
nghiệm kết cấu của bình chứa.
+ Khi cho trước sơ đồ kết cấu của bình chứa, công suất ngắt, điện áp dây, thời gian
dập tắt hồ quang, cần phả
i tính: số lượng khoảng ngắt, các kích thước và vị trí tương hỗ của
các chi tiết, đặc tính về tốc độ của tiếp điểm động.
Dưới đây giới thiệu trình tự tính cho từng trường hợp.
Trường hợp tính lần thứ nhất (tính kiểm nghiệm)
Trong trường hợp này tiến hành như sau:
+ Tính áp suất lớn nhất trong bình chứa trên cơ sở ở các đặc tuyến biết trước và các
kích thước của bình chứa.
+ Tính thời gian của hồ quang cháy và chiều dài của hồ quang trong bong bóng
khép kín (giai đoạn thứ nhất của dập hồ quang).
+ Tính giới hạn dòng điện ngắt theo các thông số ở mục 1, 2 và kích thước cho
trước của các rãnh, của tiếp điểm.
+ Tính nă
ng lượng thải ra trong hồ quang ở giai đoạn hai của sự cháy.
+ Tính áp suất trong bong bóng khí hơi sau lúc hỗn hợp khí hơi bắt đầu chảy.
+ Tính áp suất trong vùng dập tắt hồ quang (trong vùng làm lạnh ráo riết khi dòng
điện lớn và cả chiều dài hồ quang, khi dòng điện bé) khi hỗn hợp khí hơi chảy, cho ba giá
trị của dòng điện.
+ Tính giới hạn điện áp dây U
d
cho trường hợp ngắt dòng điện bé.
+ Tính chiều dài của khoảng trống cho trường hợp ngắt dòng điện giới hạn, dựa trên
cơ sở trị số điện áp dây U

d
nhận được ở trên.
+ Tính công suất ngắt giới hạn của bình chứa khi điện áp là: tiêu chuẩn, gần với tính
toán và điện áp dây.
+ Tính thời gian dập tắt hồ quang hoàn toàn khi ngắt dòng điện trung bình và bé.
+ Tính thời gian đổ dầu vào bình chứa sau khi dập tắt hồ quang.
+ Tính kiểm nghiệm chính xác các chi tiết của bình chứa về độ bền cơ khí.
Trường hợp tính lần thứ hai (Trường hợp này công phu hơn, một số tham số và đặc
tuyến phải xác định bằng phương pháp phân đoạn gần đúng).
Có thể tiến hành theo trình tự sau:
- Theo trị số đã chọn của khoảng trống sản khí (khoảng trống hồ quang cháy từ thời
điểm tiếp điểm tách rời đến thời điểm hỗn hợp khí hơi bắt đầu chảy) và theo đặc tuyến cho
trước về tốc độ chuyển động của tiếp điểm trong phần này, xác định thời gian t
1
hồ quang
cháy trong bong bóng khí hơi khép kín (thời kì thứ nhất của dập hồ quang).

140

- Theo trị số cho trước của dòng điện ngắt giới hạn và theo các tham số ở mục 1,
tiến hành tính năng lượng của hồ quang cho thời kì thứ nhất của dập hồ quang.
- Theo trị số sơ bộ của áp suất tối đa cho phép trong bình chứa và theo trị số năng
lượng A
t
đã tìm được, xác định các tiết diện lỗ để chảy ra, thể tích của bong bóng khí hơi
V
b
tạo thành trong bình chứa suốt thời kì thứ nhất t
1
.

- Theo trị số cho trước của điện áp U
d
và hệ số biên độ của điện áp phục hồi, xác
định tích số p
t
S đối với dòng điện ngắt giới hạn.
- Theo thời gian t
2
(thời kì thứ hai dập hồ quang) và tốc độ
ν
t2
cho trước, xác định
trị số khoảng ngắt tổn hao và áp suất p
t
tương ứng với nó.
- Theo các thông số đã biết p
bđ
, p
t
, V
b
, t
2
xác định tiết diện toàn phần của các lỗ thải
khí đối với trường hợp ngắt dòng điện giới hạn.
- Xác định lưu lượng dầu trong bình chứa cho một lần ngắt dòng điện giới hạn, xác
định thể tích bên trong của bình chứa và mức chứa dầu của nó.
- Tính khoảng cách cách điện và thời gian dập tắt hồ quang cho các trường hợp ngắt
điện trong bình chứ
a bé.

- Xác định thời gian đổ dầu vào bình chứa sau khi dập tắt hồ quang.
- Vẽ phác thảo bình chứa.
- Tính kiểm nghiệm chính xác bình chứa (tương tự như trường hợp tính thứ nhất).
- Tính kiểm nghiệm về độ bền cơ khí của các chi tiết.
Trong nhiều trường hợp do các đặc điểm về kết cấu của bình chứa, nên trình tự tính
có thể khác với trên.



143

CH••NG 6
TÍNH K•T C•U THI•T B• D•P H• QUANG C•A MÁY NG•T T•
SINH KHÍ

6.1. ••C TÍNH CHUNG C•A QUÁ TRÌNH D•P H• QUANG C•A MÁY NG•T
T• SINH KHÍ

Trong các thi•t b• d•p h• quang c•a máy ng•t t• sinh
khí, quá trình d•p t•t h• quang • trong lu•ng khí do v•t li•u
r•n sinh khí ra d••i tác d•ng c•a h• quang.
K•t c•u thi•t b• là m•t bình ch•a, các thành và các chi
ti•t t•o thành các rãnh d•p h• quang làm b•ng v•t li•u cách
•i•n sinh khí.
Khi h• quang ti•p xúc nhi•t v•i các thành c•a các rãnh
s• t•o thành l••ng khí l•n, khi các rãnh có hình dáng và kích
th••c t••ng •ng thì có các •i•u ki•n c•n thi•t •• d•p t•t h•
quang g•m: áp su•t vùng h• quang cao, t•c •• ch•y c•a lu•ng
khí trong vùng d•p h• quang l•n. Th••ng s• d•ng các v•t li•u
sinh khí sau: phibra •ã l•u hóa, nh•a phooc-mal-•ê-hy•uyarê

và th•y tinh h•u c•. Các tham s• v• kh• n•ng sinh khí c•a các
v•t li•u k• trên và s•n ph•m t•o thành khí nêu • b•ng 6-1.

B•ng 6-1: Các tham s• v• các s•n ph•m t•o thành khí c•a các
v•t li•u r•n sinh khí

Thành
ph•n c•a

Phibra •• Nh•a phóoc-mal- •ê-
hy• uyarê
Nh•a polyme-takril
khí cm
3
% cm
3
% cm
3
%
CO
2

CO
H
2

H
2
O
70,32

682,5
468,43
108,07
5,29

51,34

35,24

8,13

125,13

584,88

294,15

609,32

7,00

35,03

18,58

38,49

105,82
955,64
587,35

418,30
5,07

47,71

27,18

20,04

Σ
1329,3
2
100,00

1613,48

100,00

2067,11 100,00


Khuynh h••ng t•o thành l•p mu•i than trên b• m•t ti•p
xúc d••i tác d•ng c•a nhi•t •• h• quang cao là m•t trong các
tính ch•t quan tr•ng •• d•p t•t h• quang. V• m•t này phibra
•ã l•u hóa và th•y tinh h•u c• là t•t h•n c•.
S• t•o thành mu•i than ít •i khi cho thêm m•t ít axít
boric vào b•t nén c•a v•t li•u ch• t•o rãnh d•p (ví d• th•y
tinh h•u c•).
Thi•t b• có rãnh khe h• (hình 6-1) bao g•m: thân kim
lo•i c•a bình ch•a 1, • phía trên c•a nó ••t ti•p •i•m t•nh 3

và m•t ••u b•t ch•t v•i thanh dài b•ng v•t li•u sinh khí 4.
Thanh này n•m trong •ng sinh khí t•o thành rãnh dài h•p có
ti•t di•n hình xuy•n. Cách m•t c•t phía trên m•t kho•ng b•ng
m•t l• th•i khí bên s••n 5. Khi m• ti•p •i•m r•ng 6 di chuy•n
xu•ng d••i, kéo h• quang n•m trong rãnh h•p hình xuy•n. Khi

144

ú do to thnh khớ mnh ỏp sut trong bỡnh cha tng lờn n
khi tip im chuyn vn xung di m l thi bờn sn, khớ
vựng h quang bt u chy mnh v dp tt h quang.
Trong quỏ trỡnh h quang
chỏy khớ nộn c d tr v sau khi
l thi khớ m khớ thi mnh trong
thi gian dũng in i qua tr s
khụng (khi cụng sut h quang bng
khụng v khụng cú iu kin to
thnh khớ).
Kinh nghim ch rng, trong
cỏc thit b ó nờu thỡ dp tt h
quang ch t c trong trng
hp ỏp sut trong bỡnh cha thi
im m l thi vt quỏ tr s ti
hn ti thiu. Trong bt c
trnghp no ỏp sut khụng thp
hn 2 at (vi dũng in m khong
500 A).
Do gn l thi khớ cú cỏc
chi tit gim õm (vớ d trong dng
phng nm vuụng gúc vi hng

ca lung khớ), khớ i chm vo l
nờn kh nng dp h quang b gim.
Thit b dp h quang ca
mỏy ngt t sinh khớ kiu B

10
(hỡnh 6-2) l bỡnh cha phng, trong
ú cỏc thnh v mng ngn lm bng thy tinh hu c to thnh th tớch bt rung 1 ra cỏc
rónh dp h quang hp 2 v 3. Tip im kiu hai ngún 4 nm phớa trờn. Khi m, tip im
5 chuyn ng xung phớa di trong rónh dp h quang.
Khớ c to thnh trong thi gian h quang chỏy phn trờn ca bỡnh cha i vo
th tớch gim rung v ỏp sut õy tng lờn n khi tip i
m ng m rónh 3, sau ú khớ
t th tớch gim rung v rónh dp h quang bt u chy qua l thi khớ chi tit gim õm
6. Nh thi dc, ngang nờn to ra c iu kin dp tt h quang.

Hỗnh 6-1. Thióỳt bở dỏỷp từt họử quang
tổỷ sinh khờ coù raợnh khe
caùch õióỷn hỗnh
xuyóỳn.
1)Thỏn bỗnh chổùa. 2)
ỳng sinh khờ. 3) Tióỳp õióứm
tộnh. 4) Thanh sinh
khờ. 5) Lọự thaới khờ. 6) Tióỳp
õióứm rọựng õọỹng.

1

3

2

4

5

6


145

Sau khi thanh ti•p •i•m chuy•n ••ng •i ra do tác ••ng
c•a lò xo, •ng lót b•ng th•y tinh h•u c• (7) nén thân h•
quang. Nh• •ó d•p t•t h• quang b•o ••m ch•c ch•n khi ng•t
dòng •i•n nh• và lo•i tr• •••c kh• n•ng khí ••t nóng v••t ra
ngoài bình ch•a khi ng•t dòng •i•n l•n.

6.2. TÍNH G•N •ÚNG CÁC ••C TÍNH C• B•N C•A THI•T B• D•P H•
QUANG T• SINH KHÍ

Quá trình d•p t•t h• quang trong bu•ng d•p h• quang t•
sinh khí t••ng t• nh• d•p t•t h• quang trong bu•ng d•p h•
quang th•i t• ••ng trong d•u (xem ch••ng 5). Cho nên trong
tính toán hai thi•t b• có nh•ng c• s• chung.
Tính g•n •úng các ••c tính c• b•n c•a bu•ng d•p h• quang
t• sinh khí •••c ti•n hành nh• sau:
1) Tính áp su•t trong bình ch•a khi h• quang cháy tr••c
lúc m• l• th•i khí.
2) Tính áp su•t trong bình ch•a và trong vùng d•p t•t h•
quang khi khí cháy trong bình và trong vùng d•p t•t h• quang
sau khi m• các l• th•i khí (giai •o•n th• hai c•a quá trình
d•p h• quang).
3) •ánh giá kh• n•ng d•p h• quang c•a bu•ng d•p h• quang
khi cho tr••c kích th••c và các ••c tính c•a v•t li•u sinh
khí.

Hình 6-2. Thiết bị dập hồ quang thổi ngang tự sinh khí.
1) Thể tích giảm rung. 2), 3) Các rãnh dập hồ quang. 4) Tiếp điểm tĩnh. 5) Tiếp điểm động.
6) Ông lót dập hồ quang.

4
7
1 6

2
5
3


146

4) Tính th•i gian d•p h• quang • các giá tr• dòng •i•n
ng•t khác nhau.

1. Tính áp su•t khi h• quang cháy trong bình ch•a •óng kín
Chúng ta s• xét ph••ng án k•t c•u hình 6-1. S• •• tính
toán c•a giai •o•n th• nh•t và th• hai d•p h• quang • hình 6-
3a,b.
Trong tr••ng h•p thay ••i áp su•t trong giai •o•n th•
nh•t bi•u th• b•ng ph••ng trình: (5-18).
t
t
t
V
A
R
p
δ
θ
=

Trong •ó: p
t
: áp su•t trong bình ch•a • th•i •i•m t, at.
R : h•ng s• khí, m/••.
θ : là nhi•t •• kh•i khí,
0
K.
δ : h• s• tr•ng l••ng hình thành khí, kg/kW.s.
A
t

: n•ng l••ng t•a ra trong h• quang su•t th•i
gian t.
• •ây s• khác nhau so v•i bình ch•a d•u th•i t• ••ng là
th• tích b•t rung không thay ••i theo th•i gian, ngh•a là:
V V const
t
=
=
0

N•u nh•n t•c •• chuy•n ••ng ti•p •i•m là không ••i và
b•ng t•c •• trung bình.
cons
t
tr
==
2
01
ν
ν

Trong •ó ν
01
: t•c •• ti•p •i•m t•i th•i •i•m m• l• th•i
khí, n•ng l••ng t•a ra trong h• quang sau m•t s• n•a chu kì
d•p t•t h• quang •••c tính theo ph••ng trình •ã nêu • ch••ng
5.
∫
=
ω

π
ων
0
tdtsintInEA
trmhqtrt

1
ntIE
mhqtr
tr
ω
ν
=


(6-1)
Trong •ó:
E
hqtr
: gra•ien •i•n áp trung bình trên h• quang, kV/m.
I
m
: biên •• c•a dòng •i•n ng•t, A.

s,t 010
1
==
ω
π
: th•i gian m•t n•a chu kì, [s].

Trong tr••ng h•p n•u ta cho tr••c s• h
1
t••ng •ng v•i
giai •o•n th• nh•t c•a d•p h• quang (kho•ng cách t• m•t c•t
phía trên c•a •ng sinh khí ••n mép l• bên s••n, hình 6-3a),
n•ng l••ng t•a ra trong giai •o•n th• nh•t tính theo ph••ng
trình:
mhqtr
IE
h
A
ω
1
01
=
(6-2)
và áp su•t trong bình ch•a:

147

0
01
V
l
IE
R
p
n
mhqtr
δ

ω
θ
=
(6-3)
Tính áp su•t m•t cách chính xác theo công th•c này g•p
nhi•u khó kh•n vì trong •ó giá tr•
θ
và E
hqtr
thay ••i ph•
thu•c vào kích th••c c•a rãnh bu•ng d•p h• quang. Ngoài ra,
trong các thi•t b• này h• s• sinh khí ph• thu•c nhi•u vào
kích th••c và hình dáng ti•t di•n c•a rãnh th•i khí, mà • ••y
h• quang cháy. Giá tr• •••c xác ••nh c• th• b•ng các tham s•
thí nghi•m.
Ví dụ, đối với trường hợp hồ quang cháy ở trong ống dẹp l, đường kính bên
trong d:
()
()
2
3
1
2
10
36
1012
d,
n
I.l.,m
t

−
= (6-4)
Trong đó:
m : trọng lượng tổn hao, kg.
l : chiều dài ống, cm.
I : giá trị thực của dòng điện, A.
n
t
: số nửa chu kì của sự dập hồ quang.
d : đường kính bên trong ống, cm.
Nếu các điều kiện khác giống nhau, giải liên hợp (6-2) và (6-4) thì công thức để
tính trị số cho các rãnh, tiết diện tròn là:

hqtr
m
i
i
Ed
Ih.,
A
m
3
1
10
0
10642
−
==δ (6-5)

Hình 6-3. Sơ đồ tính áp suất trong thiết bị dập hồ quang tự sinh khí.

c

b
)

P

t

2

a
)

c

d

d

1

d

2

V

0

P

t

1

h

1


148

Ví dụ:
I

m
=1000A; h
1
=10cm; d=0,8cm và E
hqtr
=0,15kW/cm, δ=0,05.10
-4
kg/kW.s.
Trong trường hợp này cường độ tương đối tạo thành khí rất thấp, ít hơn trong dầu
khoảng 6 lần (xem chương 5).
Như vậy, để tính chính xác phải dựa các tham số thí nghiệm về dạng tương tự như
phương trình (6-4).
Để tính gần đúng giá trị nhiệt độ và građien điện áp ở phương trình (6-3) có thể lấy
một cách sơ bộ bằng:
θ
K
0
15001000
÷
≈

EVcm
hqtr
≈
150 /
Để tính áp suất ở giai đoạn thứ nhất, ngoài những phương trình nêu trên, còn sử
dụng các công thức kinh nghiệm.
Một trong các công thức thực nghiệm (cho trường hợp dập tắt hồ quang trong rãnh
nhựa phooc-mal-đê-hyđuyarê, tiết diện hình xuyến d
1

=2,54cm; d=1,27cm):


0
2
0420
V
In,
p
ttr
t
ν
=
, kg/cm
2
(6-6)

ν
tr
: tốc độ chuyển của động tiếp điểm trong bình, m/s.
I : giá trị hiệu dụng của dòng điện, A.
V
0
: thể tích của bình chứa, cm
3
.
n
t
: số nửa chu kì dập tắt hồ quang.

2. Tính áp suất khí trong bình chứa ở giai đoạn thứ hai dập tắt hồ quang
Quá trình thay đổi áp suất trong bình chứa sau khi mở lỗ thải khí được biểu thị bằng
phương trình (5-35). Đối với trường hợp ta đang xét (V
t
=V
0
=const) phương trình này có
dạng:
0
0
1
0
=−+
tt
ttt
N
V
Bp
p
V
F
dt
dp
α
(6-7)
Như trường hợp trước građien điện áp trên hồ quang có biên độ dòng điện ngắt
được xem là không đổi. Như vậy:
tsinIh.
E
tsinIUN

mhqtrmhqt
ω
ω
1
=
=


Khi đó: U const I const
hq m
=
=
;
Trong trường hợp này dựa trên cơ sở của (6-7) và tương tự như (5-40) phương trình
để tính áp suất trong bình chứa cuối nửa chu kì n của giai đoạn dập tắt hồ quang:

(
)
p
p
ae a
n
n
≈
+
+
−
02
βπ
ω

(6-8)

149

Trong đó:a =
+
εω
βω
22

εδ=
RθEI
h
V
hqtr m
1
0
, (kg/cm
2
.s)
θgR
k
k
k
,a
k
p
1
2
1

2
50
1
1
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
≈
−


Nếu lấy một cách sơ bộ : k=1,3 thì:
θRa
p
≈ . Trong trường hợp hồ quang cháy ổn
định khi mở lỗ áp suất ở cuối nửa chu kì tính theo công thức (5-41):

22
ω
β
ω
ε
+
=
=

∞
.
a
p
(6-9)
Trong nhiều trường hợp phải dùng phương trình (6-9) để tính. Khi dòng điện bé,
dập tắt hồ quang đạt được bằng cách kéo hồ quang dài thêm ở phần dưới của ống (thấp hơn
lỗ thải khí), nhờ vậy mức độ sinh ra khí được đảm bảo.
Như đã nói ở trên áp dụng ống lót sinh ra khí cũng là một phương pháp để dập tắt
hồ quang khi dòng điện bé.

3. Tính toán độ bền điện phục hồi của khoảng trống hồ quang khi dòng điện qua trị số
không
Bản chất của quá trình phục hồi độ bền điện của khoảng trống hồ quang buồng dập
hồ quang tự sinh khí cũng giống như trong các thiết bị dập hồ quang có tự động thổi trong
dầu (xem chương 5). Cho nên các phương trình (5-50), (5-52), (5-55), (5-57), đều đúng
đối với thiết bị dập hồ quang tự sinh khí.
Song, cũng cần phải nhắc đến một số điểm
đặc biệt của buồng dập hồ quang tự sinh
khí trong khi áp dụng các công thức nói trên:
+ Trong thành phần của khí, như bảng 6-1 đã nêu, chứa một phần khí CO. Do đó độ
bền điện của hỗn hợp khí giảm nhiều.
Do không đủ các tham số thực nghiệm ổn định về trị số độ bền điện của môi trường
đó, nên chỉ đánh giá một cách định lượng:
âbkâl
U,U 50
≈

Trong đó có U
đbk

là độ bền điện của không khí nén xác định theo các tham số ở
chương 4.
+ Kinh nghiệm cho thấy rằng, thân dư của hồ quang trong buồng dập hồ quang tự
sinh khí và các điều kiện khác có độ dẫn dư cao hơn khi dập hồ quang trong buồng dập hồ
quang tự động thổi trong dầu. Cho nên trường hợp ngắt dòng điện lớn phương trình (5-55)
có thể lấy giới hạn tần số
của tác động riêng f
0
thấp hơn.
Đánh giá khả năng ngắt và tính thời gian dập tắt hồ quang trên cơ sở của các
phương pháp đã nêu ở chương 5.


151

CHƯƠNG 7
TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG BẰNG TỪ TRONG
KHÔNG KHÍ

7.1. ĐặC TÍNH CHUNG CủA QUÁ TRÌNH DậP Hồ QUANG ĐƯợC LÀM LạNH
TRONG BUồNG DậP Hồ QUANG KIểU RÃNH

Các thiết bị dập hồ quang bằng từ dùng phương pháp dập hồ quang nhờ ảnh hưởng
của từ trường ngang làm hồ quang chuyển dịch và được làm lạnh theo nhiều kiểu khác
nhau hay tăng quá trình phản ion hóa.
Trong các thiết bị có các kiểu dập hồ quang sau:
1) Phân chia hồ quang ra thành nhiều hồ quang ngắn, sau đó dập tắ
t ở các điện cực
lạnh.
2) Do kết quả của sự kéo dài và chuyển dịch với tốc độ lớn trong không khí, thân hồ

quang được làm lạnh kiểu đối lưu ngang.
3) Làm lạnh thân hồ quang trong rãnh phẳng hẹp do các thành của bình chứa tạo
nên, hồ quang bị đẩy qua đó bằng từ trường ngang.
Như vậy, trong các thiết bị này từ trường ngang thường được tạo bằng dòng điện hồ
quang là phương tiện nâng cao hiệu quả của phương pháp làm lạnh kiểu khác nhau trong
không khí ở áp suất bình thường.
Ngày nay thường sử dụng các buồng dập hồ quang kiểu rãnh là kinh tế và hiệu quả
hơn cả, cho nên sau này ta sẽ chỉ nghiên cứu cách tính và kết cấu các thiết bị như thế.
Sơ đồ của buồng dập hồ quang kiểu rãnh ở hình 7-1.
Sau khi các tiếp điểm tách rời dưới ảnh hưởng của từ trường ngang (thường được
tạo bằng dòng điện hồ quang) thân hồ quang nhanh chóng bị kéo dài và sau đó chuyển dịch
















Hình 7-1. Sơ đồ dập tắt hồ quang trong bình kiểu rãnh.

ν

i

i

δ

B

Vuìng
dáûp häö
q
uan
g

Vuìng
keïo
daìi så
häö
quang

152

vào vùng dập tắt, ở đấy các thành cách điện chịu nhiệt của bình chứa tạo thành rãnh hẹp.
Khi đó, nếu chiều rộng của rãnh nhỏ hơn đường kính của thân hồ quang (d>δ) thì thân hồ
quang bị biến dạng, tiết diện của nó thành hình chữ nhật bị kéo dài và diện tích tiếp xúc với
bề mặt của các thành được tăng lên. Nhờ đó, giữa hồ quang và bề mặt của các thành tạo ra
được sự tiếp xúc về nhiệt đảm bảo tản nhiệt tốt. Trong trường hợp này sự đối lưu và làm
lạnh thân hồ quang bằng luồng không khí ngược chiều đóng vai trò không đáng kể.
Trong trường hợp đang xét, các tiết diện trong vùng thân hồ quang giảm là do sự tái

hợp một cách mạnh mẽ trên bề mặt các thành lạnh.
Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra, đối với phương pháp làm lạnh như vậy ti lệ
giữa dòng điện hồ quang I
hq
, građien điện áp trên thân hồ quang E
hq
và đạo hàm của chúng
theo thời gian có thể đặt trong dạng đặc tuyến V-A động.

τ
βδ
11
2
1
2
I
dI
dt E
dE
dt
E
k
hq
hq
hq
hq hq
−
⎡
⎣
⎢

⎢
⎤
⎦
⎥
⎥
=−
(7-1)
Tri số
τ
gọi là hằng số thời gian nhiệt của thân hồ quang và xác định theo phương
trình:
τ
δ
=
C
k
p
2

Trong đó :C
p
là nhiệt dung riêng của khối đẳng li hồ quang ở áp suất không đổi,
[W.s/cm
3
.độ].
δ : chiều rộng rãnh của bình chứa, cm.
k : hệ số tản nhiệt chung trên bề mặt các thành rãnh, W/cm
2
.độ.
Trị số β xác định theo phương trình:

β
α
=
tg

Trong đó:

α

: góc nghiêng của đặc tuyến độ dẫn xuất ở khu đẳng li của hồ quang
Η
=f(
θ
).
Phương trình (7-1) cho phép xác định mức độ và đặc điểm ảnh hưởng của môi
trường chung quanh đến hồ quang điện giống như đến một thành phần của mạch điện.
Thay vào (7-1) với các điều kiện (
00 ==
dt
dE
;
dt
dI
hqhq
) :

E
k
A
hq

=
=
21
β
δ
δ
(7-2).
Khi tiến hành giải E
hq
được tính:

δ
19
=
hq
E , [V/cm] (7-3)
Từ (7-1) thấy rằng khi hằng số thời gian rất bé (
()
τ
→ 0
đặc tính động được xem
như tĩnh, mặc dù: (
00 ≠≠
dt
dE
;
dt
dI
hqhq
) .

Từ các phương trình (7-1), (7-2) và (7-3) tiến hành tính các quá trình đóng ngắt
trong mạch điện với dòng điện ngắt bằng buồng dập hồ quang kiểu rãnh. Cũng xác định các

153

kích thước của buồng dập hồ quang khi cho trước các tham số của mạch, điện áp của nguồn
và thời gian dập tắt hồ quang.

7.2. NGắT MạCH ĐIệN CảM BằNG BUồNG DậP Hồ QUANG KIểU RÃNH

Quá trình dập tắt hồ quang trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh có những đặc
điểm sau:
1) Khi thân hồ quang tương đối dài, điều kiện tốt nhất là dập hồ quang bắt đầu ở
cuối nửa chu kì dòng điện. Như vậy trong quá trình dập hồ quang thì điện áp trên thân hồ
quang tương đối lớn và điều đó ảnh hưởng đến sự thay đổi dòng điện trong mạch ngắt.


2) Sau khi dòng điện hồ quang đi qua trị số không, độ dẫn dư của vùng dập hồ
quang tương đối lớn, như vậy quá trình phục hồi điện áp có các đặc điểm là không có chu
kì.
Chúng ta xét quá trình dập tắt hồ quang trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh khi
ngắt mạch điện cảm ở mạch điện xoay chiều (hình 7-2).
Phương trình cân bằng áp:

)tsin(UU
dt
di
L
mhq
ϕω +=+ (7-4)

Trong đó theo (7-2) thì:

hqhq
l
A
U
δ
= :là điện áp trên hồ quang.
l
hq
: chiều dài hồ quang.

ϕ
: góc pha đầu của điện áp.














Hình 7-2: Tính dòng điện hồ quang trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh.

L
u=U
m
sinωt
u
hq
= const

154

Như vậy khi có chiều rộng rãnh
δ
và chiều dài hồ quang l
hq
xác định thì điện áp
trên hồ quang không đổi: U
hq
= U
hq0
=const
Như đã biết, với các điều kiện này nghiệm của (7-4) có dạng:

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−++−= )t(

U
U
)tcos(Ii
m
hq
mhq
ωπϕω
0
(7-5)
Từ phương trình này thấy rằng, khi giá trị của tỷ số U
hq0
/U
m
lớn thì dạng đường
cong của dòng điện có thể rất khác hình sin còn góc lệch pha
ϕ
giảm xuống. Như vậy điều
kiện dập tắt hồ quang bắt đầu ở thời điểm t = 0(dòng điện qua trị số 0) điện áp trên hồ
quang bằng điện áp lưới điện, góc lệch pha
ϕ
đạt tới giá trị tới hạn nhỏ nhất
ϕ
=
ϕ
0
.

00
ϕ
sinUU

mhq
= (7-6)
Góc lệch pha giới hạn
ϕ
0
được xác định theo phương trình (7-5) khi cho trước các
điều kiện là t = 0, i
hq
= 0 và
ϕ
=
ϕ
0
.

ϕ
0
= arctg
2
π
=32
0
.
Như vậy, phương trình biểu thị điều kiện dập tắt hồ quang khi cho trước điện áp của
mạng lưới có dạng:
mammhqhq
UkU,),sin(Ul
A
U ==≥= 5370532
0

0
δ
(7-7)
Với k
a
là hệ số biên độ.
Trong tính toán các thiết bị dập hồ quang cần phải lấy trị số tối thiểu cho phép của
biên độ điện áp ngược làm điện áp U
m
, đối với mỗi một cực của máy ngắt ba cực được xác
định theo phương trình:
UU
md
= 0 866 2,

Với U
d
là giá trị điện áp dây định mức trong mạch ngắt ba pha.

155

Mức độ giảm biên độ dòng điện hồ quang trong trường hợp giới hạn (ϕ=ϕ
0
) cũng
tìm được theo phương trình (7-5).
ω
π
ϕ
t
=

+
0

Khi đó biên độ tính toán của dòng điện hồ quang (với đường cong biến dạng).


mmmhq
I,)(,II 4630
2
53701
0
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−−−= ϕπ
π
(7-8)
Từ các phương trình (7-7), (7-8) thấy rằng, điều kiện để dập tắt hồ quang trong
buồng dập hồ quang kiểu rãnh rất dễ ràng do trị số của hệ số biên độ điện áp ngược giảm
xuống rất nhiều và biên độ dòng điện ngắt cũng giảm xuống.

7.3. TÍNH TốC Độ CHUYểN ĐộNG CủA Hồ QUANG DƯớI ảNH HƯởNG CủA Từ

TRƯờNG NGANG TRONG BUồNG DậP Hồ QUANG KIểU RÃNH

Trong các bình chứa kiểu rãnh dập tắt hồ quang bằng từ dưới ảnh hưởng của từ

trường ngang được tạo thành bằng điện từ riêng (hệ thống thổi từ) thân hồ quang chuyển
dịch và bị kéo dài ra trong quá trình dập tắt.
Quá trình dập tắt hồ quang trong các thiết bị chia ra làm hai giai đoạn. Giai đoạn
thứ nhất, sự hình thành hồ
quang trên các tiếp điểm dập hồ quang nhanh chóng bị kéo dài
và chuyển dịch đến vùng dập tắt (vùng của bình chứa có khoảng cách giữa các bề mặt làm
lạnh bé). Giai đoạn thứ hai thân hồ quang chuyển động ở rãnh khe hẹp, nhờ tiếp xúc của hồ
quang với các bề mặt làm lạnh về nhiệt tốt nên tạo được các điều kiện thuận lợi dập tắt hồ
quang. Trong bình chứa k
ết cấu hợp li khi thời gian của giai đoạn thứ nhất cần phải giảm


















Hình 7-3. Sự thay đổi của dòng điện hồ quang trong mạch ngắt dòng xoay chiều trong buồng dập
hồ quang kiểu rãnh.

ωt
U
m
sinωt
I
m

cos(
ω
t+
ϕ
)

ϕ
ϕ
t
hq
=0
0
U
hq
π/2U
m
-
U
hq
π/2U
m

i
hq

U
hq
/U
m
(π/2-
ω
t)

0
π

156

tối thiểu đến mức có thể. Cho nên trong vùng kéo dài tốc độ chuyển động hồ quang phải
lớn nhất.
Sự chuyển động hồ quang phải xảy ra ở rãnh khe hẹp (vùng dập tắt). Xuất phát từ
nhiệt độ đốt nóng bề mặt của thành bình chứa để chọn tốc độ chuyển dịch thân hồ quang bé
nhất khi cho trước giá trị dòng điện hồ quang. Tốc độ chuyển d
ịch hồ quang tăng vượt quá
mức cần thiết thì không tạo được điều kiện tốt để làm lạnh thân hồ quang, nhưng trong thời
gian này đòi hỏi tăng kích thước của vùng dập tắt h
1
, nghĩa là tăng kích thước của bình
chứa.

Trong vùng kéo dài, khoảng cách giữa các thành lớn, tốc độ chuyển động của hồ
quang trong từ trường ngang có thể tính trên cơ sở các công trình nghiên cứu theo:

3
2
0
3
2
3
1
2
10851
γ
ν
C
Bi.,
hq
= , m/s. (7-9)
Trong đó:
i
hq
: dòng điện hồ quang, A.
B : mật độ từ thông của từ trường ngang, Wb/m
2
.

γ : khối lượng riêng của khí, kg/cm
3
.
C
0
: hệ số điện trở xác định theo đường cong hình 7-4.

Đối với tính gần đúng mật độ từ thông trong khoảng 0 < B< 0,1Wb/m
2
lấy C
0
≈
2,4.
Khi đó đối với sự chuyển động của hồ quang trong không khí ở áp suất khí quyển bình
thường (
γ=1,1kg/m
3
) có dạng:
ν
iB
hq
≈
73
1
3
2
3
(7-10)

Hình 7-4. Tốc độ chuyển động hồ quang trong từ trường ngang.

B[Wb/m
2
]

C
0
1,0
2,0
3,0
4,0
0
0,04
0,08
0,12
0,16 0,2

157


Trong các thiết bị này từ trường ngang được tạo thành hệ thống thổi từ (hình 7-5),
hệ thống này thường gồm vật dẫn từ khép kín bằng sắt cùng với các cực và cuộn dây. Cực

của vật dẫn từ bao bọc một phần hay hoàn toàn vùng hồ quang cháy. Cuộn dây (một hay
một số) thổi từ thường mắc vào mạch chính của máy ngắt và được kích từ bằng dòng điện
hồ
quang.
Cách tính mật độ từ thông ở trong khe hở giữa các cực (3) khi cho biết dòng điện và
các tham số của hệ thống thổi từ tiến hành bằng các phương pháp thường áp dụng trong
tính toán mạch từ.
Trong trường hợp nếu các đầu cực hoàn toàn bao bọc vùng hồ quang cháy, ví dụ:
vùng kéo dài ban đầu, cường độ từ trường trong vùng này (hình 7-5) tính theo:
n
iW
kH
δ
δδ
=
, [A/m]
Trong đó:
i : dòng điện trong cuộn dây (dòng điện hồ quang), A.
W : số vòng dây.

δ
n
: trị số khoảng cách của khe hở làm việc, m.
k
δ
<1 : hệ số tính đến sức từ động tổn hao trong lõi sắt của vật dẫn từ.
Mật độ từ thông khe hở:
n
iW
kHB

δ
μμ
δδδ 00
== , Wb/m
2
.
μπ
0
7
410=
−
.
, H/m.
Thay thế giá trị nhận được của mật độ từ thông vào phương trình (7-9) hay (7-10) ta
có phương trình để tính tốc độ chuyển động hồ quang trong vùng kéo dài:

Hình 7-5. Sơ đồ buồng dập hồ quang kiều rãnh cùng với hệ thống thổi từ
1) Thành cách điện chịu nhiệt của bình chứa. 2) Cách điện. 3) Cực thổi từ. 4) lõi.
5) Cuộn dây thổi từ.

h

1

h

2

h

n

A

B

3

δ

AB

δ

n

2

1

3

4

5