HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 6 potx

111




Đường đi của tiếp điểm dài, thiết bị dập hồ quang kiểu này thường áp dụng trong máy ngắt
điện áp 6
÷
10 kV. Hiện nay thiết bị dập hồ quang có bộ phận truyền động ở bên trong là
chủ yếu, phần lớn các máy ngắt hiện đại điện áp 35kV và cao hơn đều có thiết bị dập hồ
quang kiểu đó. Kết cấu của nó có nhiều loại.
Hình 4-23 là sơ đồ kết cấu có tính chất điển hình. Sơ đồ kết cấu đơn giản nhất (hình
4-23a) có các khâu chính sau vỏ bình chứa 1 trong d
ạng sứ cách điện làm từ vật liệu đồ
gốm có độ bền cao hay từ vật liệu cách điện nào đó, nắp mũ tĩnh 7 ở hộp tiếp điểm pit tông
cùng với tiếp điểm động dập hồ quang và các thiết bị thải khí 2, 8.
Ở hộp tiếp điểm pit tông trong dạng đơn giản gồm: thân hình trụ 3 với toàn bộ các
tiếp đ
iểm trượt lấy điện 6, tiếp điểm kiểu đặc hay kiểu ống nối với pít tông 5, lò xo tiếp
điểm chính 4 (điều khiển bằng hơi một phía) và bộ phận giảm cũng có kiểu khác nhau tác
dụng giảm lực tổng và ngăn chặn nhả của tiếp điểm ở cuối đường chạy. Trong thiết bị này
khi máy ngắt ngắt các tiếp đi
ểm tách rời ở thời điểm áp suất trong bình chứa đạt tới giá trị
cho trước.
Sau khi dập tắt hồ quang và sau khi hình thành khoảng cách cách điện phụ ở ngoài
bình chứa thì ngưng việc chuyển không khí nén vào bình chứa, áp suất tụt xuống và các
tiếp điểm dập hồ quang sẽ khép kín dưới tác dụng của lò xo. Như vậy, với kết cấu bộ phận
dập hồ quang như thế thì trong máy ng
ắt cần phải có dao cách li (xem ở trên).

Hình 4-23. Các sơ đồ kết cấu của bộ phận dập hồ quang với tổ hợp tiếp điểm pít tông đơn giản.
a) Một khoảng ngắt dập hồ quang. b) Hai khoảng ngắt dập hồ quang.
1) Bình chứa khí. 2) Thiết bị thải khí thừa. 3) Thân hình trụ. 4) Lò xo tiếp điểm chính.
5) Tiếp điểm pít tông. 6) Tiếp điểm lấy điện. 7) Tiếp điểm tĩnh hình ống. 8) Điện cực
thu hồ quang.

P

a)

2
3

4

5

6

7

1

b)


112

Phương án kết cấu (hình
4-23,b) khác phương án trước ở
chỗ áp dụng hai ổ giao tiếp điểm
pít tông, nhờ đó mà cùng một
thời gian hình thành hai khoảng
ngắt dập hồ quang, thổi một
phía và hình dáng của ống thổi
phù hợp với các điện cực thu hồ
quang.

Sơ đồ kết cấu hình 4-24
đặc biệt ở chỗ khoảng cách dập
hồ quang được hình thành một
cách tĩnh
ở giữa điện cực thành
(3) và điện cực hình ống (4).
Khi máy ngắt ở vị trí đóng thì
mạch điện được tạo thành bởi
tiếp điểm tĩnh - điện cực 3 và
tiếp điểm nhiều tấm động nối
liền với pít tông của bộ phận
truyền








động điều khiển bằng hơi tác động một phía
đặt ở bên trong. Tiếp điểm động nối liền về
điện với ống thổi bằng kim loại.
Lúc ngắt, sau khi cung cấp không khí nén vào buồng dập hồ quang chế độ thổi cũng
được xác lập ngay và đồng thời tiếp điểm động cùng chuyển động. Do luồng không khí nén
và do lực điện động làm hồ quang ở khoảng ngắt bị đẩy vào vùng thổi rất mạnh, hồ
quang
bị kéo dài và sẽ bị dập tắt nhanh chóng. Sau khi ngừng cung cấp không khí nén vào buồng
dập thì các tiếp điểm cũng đóng do tác động của lò xo chính. Chu trình điền đầy và thải
cũng tương tự như trên.

Sơ đồ kết cấu ở hình 4-25 là sơ đồ kết cấu của buồng dập hồ quang tia tự do.
Trong thiết bị này khoảng ngắt dập hồ quang được hình thành bởi tiếp đ
iểm động 4
và tiếp điểm tĩnh 7 nằm ở ngoài bình chứa. Ở hộp tiếp điểm pít tông khác với kết cấu trước

























Hình 4-24. Sơ đồ kết cấu của bộ phận dập hồ quang có

khoảng cách dập hồ quang không đổi cùng với bộ
phận truyền động đặt ở bên trong.
1) Ống thổi cách điện. 2) Thân hình chứa bằng
kim loại. 3) Điện cực thanh. 4) Điện cực hình ống.
5) Tiếp điểm động. 6) Pít tông. 7) Lò xo. 8) Tiếp
điểm lấy điện. 9) Cách điệ
n.
5

6

7

8

9

1

2

3

4

Läúi vaìo
khê neïn


113

ở chỗ nó có thể điều khiển bằng hơi hai phía, nhờ đó ở các máy ngắt có thiết bị như thế
không cần có dao cách li.
Khi đóng, dưới tác động của không khí nén đi theo ống cách điện 10 vào tổ hợp tiếp
điểm pít tông, các tiếp điểm dập hồ quang sẽ đóng lại. Ở cuối giai đoạn đóng thiết bị đặc
biệt 9 sẽ làm nhiệ
m vụ cố định tiếp điểm ở vị trí đóng.

Hình 4-25. Sơ đồ kết cấu buồng dập hồ quang có bộ phận truyền động bằng hơi tác động hai phía nằm ở
bên trong.
1)Sứ cách điện rỗng. 2) Thân bình chứa. 3) Ông tròn. 4) Tiếp điểm pít tông. 5) Tiếp điểm lấy
điện. 6) Ông cách điện để thổi. 7) Tiếp điểm tĩnh. 8) Điện dung shun. 9) Thiết bị để cố định
tiếp điể
m động ở vị trí đóng.
8
9
10
2

3

4

5

6

7
Ngà
õt

Âoïng

114

Khi mở không khí nén đi qua sứ cách điện rỗng 1 vào bộ phận dập hồ quang của bình chứa
và vào tổ hợp tiếp điểm pít tông. Tiếp điểm pít tông 4 chuyển về phía mở, ở vùng miệng
ống không khí thổi rất mạnh, do đó hồ quang sẽ bị dập tắt, tiếp điểm đạt tới vị trí ngắt lớn
nhất, không khí ngừng thổi vào bình chứa.
Sơ đồ
kết cấu ở hình 4-26 là một trong các buồng dập hồ quang của nhóm 3-b.

Bộ phận cơ chuyển vận ở phía trong của thiết bị dập hồ quang này có kết cấu phức
tạp hơn trong quá trình mở cần phải bảo đảm các điều kiện:
1) Tiếp điểm động phải chuyển vận nhanh đến vị trí tối ưu để dập hồ quang.
2) Hình thành khoảng cách cách điện cần thiết giữa các tiếp điểm.
3) Đóng lỗ thải khí thừa của bình chứa.
Khi ngắt không khí nén đi vào bình chứa, đổ đầy khoảng khoảng ngắt của tiếp điểm
và thể tích chống rung 7 của bộ phận cơ chuyển v
ận. Trong thể tích điều chỉnh 3 áp suất

Hình 4-26. Sơ đồ cơ cấu của buồng dập hồ quang chứa đầy không khí cùng với bộ phận chuyển vận
bằng hơi ở phía trong.
1)Thân của bộ phận cơ chuyển vận. 2) Tổ hợp của các ống chuyển vận. 3) Lỗ thải khí thừa.
4) Lò xo tiếp điểm chính. 5) Thể tích điều chỉnh. 6) Lò xo vòng hãm. 7) Thể tích chống
rung. 8) Vòng pít tông hãm. 9) Chỗ dựa củ
a vòng. 10) Tiếp điểm pít tông. 11) Van tiếp điểm
của pít tông. 12) Lỗ để bơm đầy không khí vào thể tích chống rung. 13) Lỗ để chứa đầy
khoảng không gian làm việc của ống tiếp điểm. 14) Tiếp điểm lấy điện.15) Tiếp điểm
tĩnh. 16) Bình chứa buồng dập hồ quang bằng sứ cách điện.

6 7 8 9 10

11

12

13

14

15

16

4
3
1

2

5

Cáúp khê neïn
khi ngàõt
Thaíi khê neïn
khi måí

115

vẫn giữ mức bình thường. Được tác động của áp suất không khí đi qua lỗ 13, tiếp điểm pít
tông 10 nhanh chóng chuyển về phía mở đến tận mép của vòng hãm 8, trong thời gian dập
hồ quang, lực của hiệu áp suất trong thể tích 7 và 5 tại thời điểm ban đầu vòng hãm ở vị trí
mép rìa đã qui định. Ở các tiếp điểm hồ quang bị dập tắt do sự làm lạnh bằng không khí
nén chảy t
ừ bình chứa qua tiếp điểm rỗng và qua các lỗ thải khí thừa 3 ra ngoài khí quyển.
Theo mức độ đẩy không khí qua lỗ 12 vào thể tích 5 từ hai phía của vòng hãm áp suất dần
dần trở lại bình thường và tại thời điểm nào đó (khi hồ quang đã tắt) pít tông tiếp điểm có
khả năng tiếp tục chuyển động đến đến vị trí xa nhất, tạo thành khoảng cách theo yêu cầu

tăng tích cách đ
iện. Đồng thời đĩa van tiếp điểm pít tông 11 đóng lỗ thải khí chứa của bình
chứa và không khí từ bình chứa không chảy nữa. Như vậy, sau khi ngắt bình chứa vẫn chứa
đầy không khí.










Khi đóng, không khí trong khoang bình chứa nhanh chóng bị thải sạch và dưới tác động
của lò xo 4 và lực áp suất, không khí còn lại trong thể tích 5, các tiếp điểm sẽ tiếp xúc lại.
Khi đó rung động của các tiếp điểm được loại trừ.

Hình 4-27. Sơ đồ kết cấu buồng dập hồ quang với bộ phận cơ khí điều khiển ở phía trong, toàn bộ đặt
trong bình chứa bằng kim loại thể tích lớn.
1) Bình chứa bằng thép. 2) Điện trở shun. 3) Điện dung shun. 4) Sứ vào cao áp. 5) Tiếp điểm
chính động. 6) Điện cực dập hồ quang tĩnh. 7) Điện cực dập hồ quang hình ống. 8) Pít tông
củ
a van điều khiển.9) Van điều khiển. 10) Van xả khí thừa. 11) Pít tông của van xả khí thừa.
12) Pít tông điều khiển. 13) Bộ phận cơ khí truyền động.14) Lò xo để đóng.

4 3 2

1

14
13
12
11
10
9

8

7
6
5
Thaíi
khê


116

Một số trong các thiết bị ở trên kết cấu về bình chứa thể tích giới hạn không phải
bằng chất cách điện mà là bằng kim loại. Trong trường hợp này bình chứa phải có sứ vào
cao áp, kích thước khoảng phía trong của bình chứa phải đảm bảo các khoảng cách cách
điện cần thiết.
Sơ đồ cơ cấu một trong các thiết bị dập hồ quang đặt trong bình chứa thể tích lớ
n
(nhóm 3, c) hình 4-27.
Bình chứa bằng thép dày 1 với hai sứ vào cao áp 4, ống trụ xả khí thừa và cửa nắp
lắp ráp là bộ phận chính của kết cấu. Ở các đầu cuối phía trong sứ vào đặt các tiếp điểm
chính tĩnh. Phía trong bình chứa đặt bộ phận cơ khí điều khiển đóng và ngắt. Trong bình
chứa chứa một trữ lượng không khí nén cần thiết ở áp suất 35 at.
Không khí nén từ hệ thống vào thùng chứ
a qua ống cách điện có tiết điện nhỏ.
Bộ phận cơ khí điều khiển gồm: phần truyền động bằng hơi của van thổi và của hệ
thống tiếp điểm, ống thổi, van thổi chính, van điều kiển, lò xo và hệ thống tiếp điểm động.
Bộ phận cơ khí làm việc: khi mở, pit tông 8 của van điều khiển 9 chạ
y về phải bằng
thanh kéo cách điện, bịt lỗ thông với khí quyển và mở lỗ cho không khí nén từ bình. chứa
lùa vào pittông 11, nhờ đó pít tông chuyển hệ thống các van của mình lên trên và nén lò xo
14. Khi đó van xả khí thừa 10 mở ra và không khí nén bắt đầu chảy qua ống thổi. Đồng thời
các tiếp điểm chính 5 tách rời ra. Nhờ luồng không khí và bằng lực điện động hồ quang

thành ở các tiếp điểm được thổ
i vào điện cực của dập hồ quang 6 và vào ống 7, ở đây hồ
quang bị dập tắt do thổi mạnh.
Khi máy ngắt ở vị trí đóng trong khoảng giữa pít tông 10 và 12 áp suất khí quyển
được bảo toàn. Trong quá trình mở khi pít tông 12 đạt đến vị trí cuối cùng phía trên qua
rãnh bên hông không khí nén chảy vào khoảng này. Nhờ áp suất của không khí đó pít tông
11 cùng với van 10 xuống dưới. Khi đó lỗ tháo khí thừa bị đóng lại và ngừng thổi. Như th
ế
quá trình mở chấm dứt.
Khi đóng máy ngắt bằng van điều khiển 9, áp suất tác động vào pít tông 12. Nhờ áp
suất không khí và lực lò xo tác động 12 chạy về vị trí dưới ban đầu, khi đó các tiếp điểm
chính khép kín lại. Trong bình chứa nếu áp suất giảm nhiều, các tiếp điểm không khép
lại(vì chỉ có lực lò xo nên không lớn). Trong sơ đồ của hệ thống dẫn điện, thiết bị này
ở
giữa tiếp điểm chính tĩnh và các điện cực dập hồ quang 6 có mắc điện trở shun lớn tác dụng
để loại trừ quá điện áp nội bộ.



117

CHƯƠNG 5
TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÁC THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA MÁY
NGẮT DẦU

5.1. CÁC VấN Đề CƠ BảN Về TÍNH TOÁN CÁC THIếT Bị DậP Hồ QUANG
TRONG MÁY NGắT DầU

Dập hồ quang trong máy ngắt dầu được thực hiện bằng cách làm lạnh thân hồ quang
trong luồng của môi trường khí (hỗn hợp khí hơi) do sự phân li và bốc hơi của dầu bởi

chính năng lượng hồ quang.
So sánh với quá trình dập tắt hồ quang trong luồng không khí lạnh, trong trường
hợp này các điều ki
ện trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh có những đặc điểm:
- Trong thành phần hỗn hợp khí hơi chứa rất nhiều hydro (đến 90%) có tính dẫn
nhiệt cao hơn so với không khí, nhưng độ bền điện kém hơn.
- Luồng hỗn hợp khí ở vùng hồ quang cháy có nhiệt độ cao (800
÷ 2500
0
K). Khi
dòng điện hồ quang không lớn (thường tới 100A), điều kiện làm lạnh thân hồ quang khác
nhau. Khi dòng điện lớn sự làm lạnh thân hồ quang xảy ra chủ yếu là do đối lưu cưỡng bức
trong luồng hỗn hợp khí hơi ở áp suất lớn.
Dòng điện tăng, cường độ làm lạnh đối lưu và trị số áp suất ở vùng dập hồ quang
cũng tăng. Nhờ đó tạo ra được điều kiện rất tốt để phục hồi độ bền điện của khoảng cách
giữa các tiếp điểm khi dòng điện qua trị số không.
Khi dòng điện nhỏ sự đối lưu và áp suất của khí ở vùng dập hồ quang sẽ giảm, như
vậy điều kiện dập hồ quang xấu làm thời gian hồ quang cháy tăng lên rõ rệt. Sự tăng áp
suất trong vùng dập hồ quang do truyền dầu cưỡng bức dưới tác động của nguồn năng
lượng cơ khí bên ngoài có thể cải tiến điều kiện dập hồ quang, thời gian hồ quang cháy sẽ
giảm khi ngắt dòng điện nhỏ.
Trong tính toán gần đúng cho thấy rằng, các điều kiện dập tắt hồ quang kết quả
nhất trong các thiết b
ị dập hồ quang của máy ngắt dầu là:
- Sự thổi của hỗn hợp khí hơi ở vùng hồ quang mãnh liệt (đặc biệt ở gần cuối nửa
sóng dòng điện).
- Áp suất cao của hỗn hợp khí hơi ở vùng hồ quang vào cuối nửa chu kì của dòng
điện.
- Khoảng cách nhỏ giữa bề mặt thân hồ quang và thành rãnh hình thành hồ quang
bằng dầu xung quanh hay giữa bề mặt của ch

ất cách điện cũng được tẩm dầu.
Do đó tạo được điều kiện thuận lợi nhất để làm bốc hơi mãnh liệt và hình thành các
luồng hơi dầu bão hòa trực tiếp ở gần bề mặt thân hồ quang.

118

Các điều kiện kể trên trong các kết cấu thiết bị dập hồ quang của máy ngắt dầu có
ảnh hưởng ở mức độ khác nhau tùy thuộc cách chọn nguyên tắc tác động của thiết bị và
hình dáng kết cấu kích thước của từng chi tiết.
Theo nguyên tắc tác động của thiết bị dập hồ quang của các máy ngắt dầu hiện đại
có thể chia ra làm ba nhóm chính:
- Thiết bị dập hồ quang loại thổi tự động thì điều kiện để dập tắt hồ quang của thiết
bị này là: áp suất cao và tốc độ luồng khí ở vùng dập tắt hồ quang lớn được tạo nên do năng
lượng tách ra từ hồ quang.

Hình 5-1. Sơ đồ kết cấu của một số buồng dập hồ quang thổi tự động trong dầu
1) Tiếp điểm tĩnh. 2) Các chi tiết của buồng dập hồ quang.
3) Tiếp điểm động. 4) Tiếp điểm trung gian.

1

2

3

3

2

1

1

2

3

1

3

2

a
)

b)

c
)

d)

3

2

4

1

3

2

4

1

1

4

3

2

e
)

f
)

g)


119

- Thiết bị dập hồ quang thổi dầu cưỡng bức, ở thiết bị này nhờ bộ phận đặc biệt đẩy
dầu đến khoảng ngắt.
- Thiết bị dập hồ quang có bộ dập hồ quang bằng từ trong dầu. Dưới ảnh hưởng của
từ trường ngang thân hồ quang chuyển dịch vào rãnh và khe hộp tạo bởi các thành cách
điện chứa đầy dầu, do đ
ó tạo được điều kiện thuận lợi để dập hồ quang.
Do hiệu suất cao và kết cấu tương đối đơn giản nên thiết bị dập hồ quang thổi tự
động được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Thiết bị của nhóm thứ hai ít được áp dụng vì khi ngắt dòng điện lớn thì thổi dầu
cưỡng bức ít hiệu quả, kết cấu củ
a buồng dập hồ quang và thiết bị bơm dầu rất phức tạp,
cồng kềnh. Khi ngắt dòng điện bé, thổi dầu cưỡng bức tác động tốt, trong trường hợp riêng
để dập tắt hồ quang chắc chắn hơn, ngăn không cháy lặp lại khi ngắt dòng điện điện dung
bé của đường dây. Thổi dầu cưỡng bức được áp dụng trong một số bình chứa thổi tự động
như một biện pháp bổ sung. Thiết bị dập hồ quang có bộ phận dập bằng từ trường cũng
không được áp dụng rộng rãi vì phương pháp này hiệu quả kém hơn phương pháp thổi tự
động trong dầu.
Chúng ta sẽ chỉ nghiên cứu các vấn đề tính toán và kết cấu của các thiết bị dập hồ
quang có thổi tự động trong dầu.
Sơ đồ k
ết cấu của các thiết bị dập hồ quang hiện đại kiểu này cho ở hình 5-1 và 5-2.
Các thiết bị dập hồ quang có thổi tự động thường có dạng bình chứa cứng (hình 5-1)
thân của nó được tạo thành bởi chi tiết nối cứng với nhau, hay là bình chứa đàn hồi (hình 5-
2) được tạo thành bởi các chi tiết nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các lò xo hay các
miếng đệm đàn hồi.

Hình 5-2. Sơ đồ kết cấu của bình chứa đàn hồi có thổi tự động trong dầu.
1) Tiếp điểm tĩnh. 2) Bộ lò xo. 3) Chi tiết làm việc của bộ phận dập hồ quang.
4) Ống đệm. 5) Tiếp điểm động. 6) Vòng đàn hồi.
6

5

4

3

1

5
4
3
2
1

120

Trong quá trình ngắt
khi áp suất trong bình chứa
tăng các tiết diện của bình
chứa đàn hồi có thể bị ngăn
cách tạo thành rãnh làm việc

bổ sung trong vùng hồ quang
cháy, nhờ đó tạo được các điều
kiện thuận lợi hơn để dập tắt
hồ quang.
Tùy thuộc vào số
lượng, vị trí tương hỗ của các
tiếp điểm có trong bình chứa
và vào trình tự lúc ngắt, buồng
dập hồ quang có thể có nhiều
phương án kết cấu khác nhau.
Ví dụ:
- Bình chứa có một
khoảng ngắt chính của các tiếp
điểm.
- Bình chứa có nhiều
khoảng ngắt, có cùng điều kiện
dập tắt hồ quang.
- Bình chứa có một
khoảng ngắt chính và một
khoảng ngắt phụ.
- Bình chứa có nhiều
khoảng ngắt chính và nhiều khoảng ngắt phụ.
Khi trong bình chứa có khoảng ngắt phụ tạo được điều kiện phát sinh hơi ổn định
trong vùng xác định của buồng dập hồ quang, một số trường hợp dập tắt hồ quang được
đẩy mạnh ở khoảng ngắt chính.

Hình 5-3. Thiết bị dập hồ quang thổi tự động và bộ phận
cơ khí thổi dầu cưỡng bức bổ sung.


121

Nhiều khoảng ngắt được áp dụng trong trường hợp điện áp làm việc rất cao và mục
đích hạn chế điện áp sinh ra trong lúc ngắt dòng điện cảm ứng nhỏ, một phần của các
khoảng ngắt đó được nối shun bằng điện trở.
Với các điều kiện khác như nhau, khả năng dập hồ quang của các thiết bị đang xét ở
mức độ cao hơn được xác định bằng các kích thước, hình dạng và bố trí tương hỗ các rãnh
làm việc của bình chứa.

Hướng của luồng khí dọc trục hay vuông góc với trục thân hồ quang tùy thuộc cách
bố trí các rãnh. Trong các bình chứa hướng áp dụng các dạng thổi sau: thổi dọc (hình 5-1,
a, c), thổi ngang (hình 5-1, e, b, g), thổi hỗn hợp (hình 5-1, d) và thổi ngang ngược chiều
(hình 5-1, đ). Dựa vào điện áp định mức công suất ngắt so sánh kinh tế để
chọn kiểu thổi.

Hình 5-4. Sơ đồ các giai đoạn chính của chu trình làm việc của thiết bị dập hồ quang thổi tự động trong
dầu.
a) Hồ quang cháy trong bong bóng khí hơi khép kín. b) Hỗn hợp khí hơi chảy qua vùng dập hồ
quang. c) Để dầu vào bình chứa sau khi dập tắt hồ quang.

ν
k

ω
2

P

t

,

γ

t

,

θ
b)

h

o

a)

V
o

V
t

,P

t

,

θ
d

k

d

Min

ω
M

ν
k

ν
k
=
0

h

o

ω
M

V
0

Z
1

Z
0

ω
0

f

c)

122

Một số bình chứa có thổi tự động có bổ sung thổi dầu cưỡng bức phải có thêm một bộ phận
cơ khí. Sơ đồ kết cấu của một trong các buồng dập hồ quang như thế ở hình 5-3.
Chúng ta sẽ qui định một số qui tắc ban đầu để tính toán các bình chứa có thổi tự
động trong dầu. Trong trường hợp chung, chu trình làm việc của bình chứa có thể chia ra
làm ba giai đoạn chính.
Giai đoạn thứ 1: Sau khi các tiếp điểm tách rời nhau hồ quang cháy trong buồng khí
(hình 5-4, a). Trong giai đoạn này nhờ năng lượng tỏa ra từ hồ quang mà trữ lượng hỗn hợp
khí hơi nén trong bình chứa tăng đến áp suất có thể dập tắt hồ quang ở các rãnh.
Giai đoạn thứ 2: (hình 5-4, b) Kể từ thời điểm hỗn hợp khí hơi bắt đầu
chảy từ vùng bong bóng khí hơi qua các rãnh ra khỏi bình chứa. Giai đoạn này biểu hiện sự
thay đổi áp suất khí trong bình chứa ở các rãnh và cường độ cháy của hỗn hợp. Giai đoạn
này kết thúc bằng sự phục hồi độ bền điện của khoảng cách giữa các tiếp điểm, như vậy
giai đoạn thứ hai là giai đoạn chủ yếu.
Trong giai đoạn thứ 3: (hình 5-4, c) Từ bình chứa khí nóng và h
ơi dầu dư được đẩy
ra ngoài và dầu sạch được đổ vào bình chứa. Giai đoạn này chuẩn bị bình chứa có lần ngắt
tiếp sau. Trong các buồng dập hồ quang có TĐL giai đoạn này rất quan trọng.
Hai giai đoạn đầu có đặc điểm tổng hợp rất phức tạp về quá trình thủy động và nhiệt
động liên quan lẫn nhau, khả năng dập hồ quang của thiết b
ị phụ thuộc vào hành trình của
hai quá trình đó.
Mặt khác, hành trình của quá trình này được xác định bằng công suất tỏa ra trong
hồ quang và bằng tốc độ tách rời của các tiếp điểm cũng như bằng hình dạng kết cấu, các
tham số hình học của buồng dập hồ quang như: thể tích của ruột bình chứa, mức dầu, các
kích thước, hình dáng, số lượng và cách bố trí tương hỗ của các rãnh làm việc,
Như vậy tính thiết bị dập hồ quang thổi trong dầu cần phải giải quyết các vấn đề:

1) Tính công suất và năng lượng hồ quang ở từng thời điểm hồ quang cháy, tính quá
trình tạo thành khí.
2) Tính áp suất trong bong bóng hơi khí, hỗn hợp hơi khí chảy từ bong bóng qua
các rãnh.
3) Tính áp suất và tốc độ hỗn hợp hơi chảy trong vùng thổi mãnh liệt.
4) Tính độ bền phục hồi điện củ
a khoảng hồ quang (một hay một số) ở giá trị dòng
điện lớn, trung bình và bé, tính công suất ngắt của buồng dập hồ quang.
5) Tính thời gian dập tắt hồ quang ở các giá trị dòng điện.
6) Tính lưu lượng dầu trong bình chứa cho một lần ngắt xác định thể tích phía trong
cần thiết của bình chứa.
7) Tính quá trình đổ dầu vào bình chứa sau khi dập hồ quang.
8) Tính độ bền về cơ khí của các bộ
phận kết cấu bình chứa.
Giải quyết các vấn đề này theo trình tự khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện cho
trước.


5.2. TÍNH CÔNG SUấT VÀ NĂNG LƯợNG CủA Hồ QUANG TRONG QUÁ TRÌNH
TạO THÀNH KHÍ KHI DậP TắT Hồ QUANG TRONG DầU

123


Ở một thời điểm t, chiều dài hồ quang l
hq
, tổn hao công suất trong thân hồ quang
tính theo:
hqhqhqtrhqhqhq
ilEiUN

=
=
(5-1)
Trong đó:
U
hq
: là điện áp trên thân hồ quang.
E
hqtr
: là građien điện áp trung bình trên thân hồ quang.
i
hq
: là giá trị tức thời của dòng điện hồ quang.
Trị số E
hqtr
tính gần đúng theo phương trình đặc tuyến V- A tĩnh:
E
a
i
hqtr
x
hq
m
=
(5-2)
Trong đó: a
x
và m là các hệ số biểu thị cường độ làm lạnh và phương pháp làm lạnh thân hồ
quang ở điểm x.
Nói chung, giá trị hệ số mũ có thể thay đổi trong khoảng: 0 ≤ m ≤ 1.

Trong trường hợp thổi dọc mạnh trong dầu khi giá trị dòng điện lớn có thể sơ bộ lấy
gần đúng m ≈ 0.
Đối với các thiết bị dập hồ quang có thổi tự động thực tế không thể tính chính xác
trị số građien ở từng điểm thân hồ quang, vì các điều kiện làm lạnh của mỗi đoạn có thể
khác cho nên trong thực tế người ta lấy từ kết quả thí nghiệm (bảng 5-1).
Trong khi tính kết cấu buồng dập hồ quang mới, trị số građien trong bình cần được
tiến hành có tính đến các điều kiện làm lạnh thân hồ quang với mức độ chính xác có thể ở
từng thời điểm hồ quang cháy và tính đến trị số dòng điện. Điều này được xác nhận bằng
thí nghiệm, trong đó quan sát sự thay đổi građien với sự thay đổi chiều dài hồ quang và
dòng điện khi dập tắt hồ quang trong bình chứa kết cấu phức tạp (hình 5-5).
Trong trường hợp chung xác định chiều dài của hồ quang l
hq
ở từng thời điểm phải
được tiến hành trên cơ sở của đường cong cho trước về tốc độ chuyển động tiếp điểm, có
tính đến sự thay đổi hình dáng và chiều dài thân hồ quang do tác động của lực điện động và
của luồng khí ngang vào nó. Trong trường hợp hồ quang ở giữa các tiếp điểm bị kéo dài
vào trong rãnh hẹp dọc trục (hình 5-1, c), chiều dài của hồ quang ở từng thời điểm có thể
tính theo:

∫
=
t
tâthq
dtl
0
ν (5-3)
ν
tđt
: là tốc độ chuyển động của tiếp điểm thay đổi theo thời gian.

Bảng 5-1: Građien điện áp trên hồ quang được làm lạnh trong dầu

Điều kiện làm lạnh thân hồ quang V/cm Tác giả
Hồ quang trong bong bóng khí hơi khi giá trị dòng điện lớn
Hồ quang trong luồng hỗn hợp khí hơi thổi dọc mạnh
70-100

Kexelringơ


124

Hồ quang trong khí H
2
khi dòng điện bé (2A)
Hồ quang trong dầu, trong từ trường ngang



Hồ quang trong các rãnh của bình chứa có thổi ngang khi dòng điện
lớn ở áp suất p (at)
200
400
420
50
4
9
1
9

.B
i
+
Ở đây:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
2
m
Wb
B

55 p



Kukecốp




Bờriuxơ

Trong các trường hợp phức tạp hơn sự thay đổi chiều dài hồ quang theo thời gian có
thể tính theo các công thức gần đúng trên cơ sở các tham số thí nghiệm.
Với trường hợp hồ quang cháy trong bong bóng khí hơi khép kín:

)t
m
t()e(
m
l
tr
tr
tm
hqt
tr
2
1
1
2
1
1
1
ν
ν
ν
+≈−= (5-4)

Trong đó:
ν
tr
: là tốc độ chuyển động trung bình của tiếp điểm, m/s.
m
1
: là hệ số tính đến ảnh hưởng của lực điện động, 1/m.
Với các bình chứa có thể tích phía trong tương đối lớn thì:

m
1
015 025
≈
÷
,,
[1/m]
Với các bình chứa có thể tích giới hạn khi không có luồng khí ngang thì trị số này
có thể còn ít hơn.
Khi tính chiều dài hồ quang trong bình chứa phức tạp các giai đoạn có thể sử dụng
công thức gần đúng đơn giản.
btal
hqt
+
=

(5-5)
Với a: là chiều dài hồ quang ở thời điểm ban đầu của giai đoạn đang xét.











Hình 5-5. Sự phụ thuộc của građien điện áp trung bình trên thân hồ quang vào chiều dài của hồ quang

và dòng điện khi dập tắt hồ quang trong bình chứa có thổi dọc (hình 5-1,c).

l
hq
[m
]

E
hqtr
[V/cm]
100A
500A
5000
A

10000A
100
200
300
400
0
0,5
1
1,5
2 2,5

125

b: là tốc độ trong bình khi kéo dài hồ quang trong các khoảng của giai đoạn đang xét,
xác định nó trên cơ sở các tham số thí nghiệm.

Dòng điện i
hq
trong phương trình (5-1) có thể là dòng điện phụ tải hay là dòng điện
ngắn mạch. Trong trường hợp chung công suất hồ quang có thể tính:
)t(fNilE)t(N
hqhqthqtr 0
=
=
5-6)
Trong đó:
mhqtr
IEN =
0

Năng lượng hồ quang tỏa ra trong thời gian t:
∫
==
t
)t(fNdt)t(fN)t(A
0
100
(5-7)
Trong trường hợp ngắt dòng điện ngắn mạch phương trình này có dạng phức tạp,
giải nó một cách chính xác rất khó khăn.
Phương pháp tích phân đồ thị là chính xác hơn cả. Khi đủ các tham số cho trước có
thể là: đường cong thí nghiệm hay tính toán của chiều dài hồ quang l
hq
, đường cong của
dòng điện ngắt và đường cong của građien điện áp trung bình và hồ quang theo thời gian.
Đường cong phân tích )()( tfNtA

10
=
sử dụng trực tiếp cho việc tính áp suất trong
bình chứa tiếp sau. Trong nhiều trường hợp gần đúng đường cong này cho công thức gần
đúng đơn giản để tính năng lượng hồ quang. Phương pháp phân tích gần đúng giải phương
trình (5-7): biến hàm số sin, hàm số mũ trong dấu tích phân thành chuỗi và lấy hàm bậc 1.
Nhờ phương pháp như thế Avakian và Xitnhikop đã tính được các công thức gần đúng cho
trường hợp ngắt dòng điện trong mạch. Một trong các công thức đó có dạng:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
32
32
t
b
t
b
IE)t(A
mhqtr
α
(5-8)
Trong đó
α

: là hệ số tắt dần của dòng điện ngắn mạch.
Trong kết quả của công thức này chiều dài hồ quang xác định theo phương trình (5-

5), trong đó lấy a=0.
Quá trình tạo thành khí trong bình chứa có thể tính theo cơ sở sơ bộ của sự phụ
thuộc N(t) và A(t).
Trong lượng hỗn hợp khí hơi tạo thành trong bình chứa trong một đơn vị thời gian
đối với áp suất khí quyển bình thường và nhiệt độ môi trường trung bình được tính bằng
phương trình:

tt
N
dt
tdA
G
δ
=
δ
=
)(
(5-9)

δ: là hệ số trọng lượng tạo thành khí [kg/kW.s]. Đối với hỗn hợp khí khi có thể cân
bằng:
δ
≈
−
0210
3
,.
[kg/kW.s].
N
t

: là công suất của hồ quang ứng với thời điểm t đang xét, kW.
Thể tích của hỗn hợp khí hơi tạo thành trong thời gian dt đối với áp suất 1[at] và
nhiệt độ 20
0
C, có thể tính theo phương trình:
t
ABV
00
=
(5-10)

126

Với BcmkWs
0
3
60 80=÷[ / . ] là hệ số thể tích tạo thành khí được qui đổi về áp suất khí
quyển bình thường và nhiệt độ 20
0
C.
Hệ số tạo thành khí qui đổi về nhiệt độ trung bình của khí đốt nóng tính theo:
d
kBB
293
0
θ
=
(5-11).

θ : là nhiệt độ trung bình của hỗn hợp khí hơi,

0
K.
k
d
: là hệ số tính tới sự tồn tại hơi khí dầu trong bong bóng ngoài khí.
Phụ thuộc vào trị số dòng điện và các điều kiện làm lạnh hồ quang, nhiệt độ trung
bình
θ có thể thay đổi trong khoảng rất rộng, cho nên cùng các điều kiện khác nhau với kết
cấu khác nhau thì trị số ti lệ
d
k
293
θ
khác nhau cho theo (bảng 5-2).


Bảng 5-2: Nhiệt độ tương đối của hỗn hợp khí hơi

Điều kiện dập tắt hồ quang
d
k
293
θ

Tác giả
Hồ quang trong bong bóng khí hơi khép kín, trong máy
ngắt có khoảng ngắt đơn giản.
Hồ quang trong bình chứa của máy ngắt ít dầu.
Hồ quang trong bình chứa có thổi bổ sung cưỡng bức.
Hồ quang trong bình chứa có thổi ngang.

5
÷
6
9,5
4,0
10,0

Aịb
Tâþep
Kecceị
bpỉHê
ACEA
Âpþc

Tùy điều kiện cụ thể và sự trao đổi nhiệt của hồ quang với dầu. Trong trường hợp
hồ quang cháy trong bong bóng khí, thể tích của bong bóng khí không bị giới hạn bởi các
bức thành nào cả thì nhiệt độ trung bình của hỗn hợp khí hơi có thể có giá trị 800
÷
1000
0
K.
Trong trường hợp hồ quang cháy trong các rãnh hẹp ở các giá trị dòng điện lớn
nhất, nhiệt độ trung bình có thể tới 2000
÷
2500
0
K.
Ở các giá trị dòng điện bé nhiệt độ giảm xuống rất nhiều.
Trọng lượng của dầu bốc hơi trong thời gian dt có thể tính theo phương trình:

tdt
Aq
1
δ
=
(5-12)
Gần đúng sơ bộ có thể lấy:


δ
δ
1
=

Tỉ lệ giữa
δ và B
0
biểu thị bằng phương trình:

δ=
kp
R
B
d1
0
293
(5-13)
Trong đó:

127

p
1
: là áp suất khí quyển bình thường.
R : là hằng số khí.
5.3. TÍNH ÁP SUấT TRONG BÌNH CÓ CHứA KHÍ DạNG BONG BÓNG HƠI
KHÉP KÍN

Trong trường hợp hồ quang cháy trong bong bóng khí hơi khép kín (hình 5-4a) cách
tính áp suất được tiến hành theo phương trình ban đầu:
)V(ddtG
ttt
γ
=
(5-14)
Trong đó:
G
t
: là cường độ tạo thành khí ở thời điểm t, kg/s.
V
t
: là thể tích thay đổi của bong bóng khí hơi, m
3
.

γ
t
: là trọng lượng riêng của hỗn hợp khí hơi ở thời điểm t, kg/m
3

.
Từ phương trình (5-14) cho ta:
γ
t
t
t
t
Gdt
V
=
∫
0
(5-15)
Trên cơ sở phương trình ban đầu đề xuất ta có được các phương pháp tính gần đúng
về sự thay đổi áp suất. Nhận sự thay đổi trạng thái hỗn hợp khí hơi ở nhiệt độ không đổi
(nén đẳng nhiệt), có thể viết phương trình tính áp suất:
t
t
t
tt
V
dtG
RRp
∫
==
0
θθγ (5-16)
Trong đó: R : là hằng số khí. Đối với hỗn hợp khí hơi R
≈
20m/độ, phù hợp với phương

trình (5-9).
Gdt Ndt A
tt
t
t
t
==
∫∫
δδ
00
(5-17)
Cuối cùng ta được:
t
t
t
V
A
Rp
δ
θ= (5-18)
Thể tích bong bóng khí hơi V
t
trong trường hợp chung có thể tích theo phương trình
(áp dụng cho sơ đồ hình 5-4, a).
∫∫
+−++=
t
o
t
dtâminttâtât

)
p
p
(Vdt)FF(AdtFV
0
1
0
01
νδν
(5-19)
Trong đó:
F
tđ
: là tiết diện của thanh tiếp điểm (ta tìm tiết diện của thanh không đổi dọc theo cả
chiều dài).

ν
tđ
: là tốc độ chuyển động của tiếp điểm (hay tốc độ tổng của các tiếp điểm cùng
tách rời một lúc).

128

F
min
: là tiết diện nhỏ nhất của miệng bình chứa.
V
0
: là thể tích ban đầu của không gian giảm rung.

δ
1
A
t
: là trọng lượng bốc hơi của dầu ở bình chứa trong thời gian dt.
Thông thường thể tích không gian
δ không lớn và giữ vai trò ở lúc đầu của quá
trình, cho nên ta công nhận.
Vconst
0
=
(5-20)
Nếu trạng thái dầu chảy là xác lập thì lưu lượng thể tích của dầu trong thời gian dt
qua một đơn vị diện tích tiết diện của rãnh có thể tính theo phương trình Becnulli:
∫∫
=
tt
t
d
d
dtp
g
dt
00
2
γ
ϕν
(5-21)
Trong đó: g = 981 cm/s
2

.

γ
d
: là trọng lượng riêng của dầu, kg/m
3
.

ν
d
: là tốc độ chảy của dầu, cm/s.

ϕ : là hệ số chảy.
Khi nén đẳng nhiệt:
cons
t
R
p
p
t
t
=== θ
γγ
1
1
và
B
δ
γ =
1

p
1
: là áp suất khí quyển khi bình thường, kg/cm
2
.
Từ đây rút ra rằng:
θ
δ
R
Bp
1
= (5-22)
Như vậy phương trình (5-16) được dẫn về dạng:
∫∫
+−+
=
tt
t
d
tâminttâtâ
t
t
Vdtp
g
)FF(AdtF
ABp
p
00
01

1
2
γ
ϕδν
(5-23)
Tính áp suất theo phương trình này tiến hành bằng phương pháp số, ví dụ bằng
phương pháp phân đoạn, để tính được cần thiết phải cho trước các tham số:
11
δ
ν
;
F
;
F
;B);t(f);t(f
A
mintâtât
=
=
.
Phương trình có thể giải gần đúng, sơ bộ chúng ta có:
cons
t
b
tâ
=
=
ν

cons

t
E;constp
g
hqtrt
d
d
===
γ
ϕν
2

Ngoài ra, năng lượng của hồ quang tỏa ra trong n chu kì cháy của nó được tính theo
phương trình:
∫
===
ω
π
ω
ω
0
111
ntNntIE
b
dt.tsintbInEA
mhqtrmhqtrtn
(5-24)

129

Trong đó:

mhqtr
IE
b
ω
: là công suất tỏa ra trong hồ quang.
n : là số nửa chu kì cháy của hồ quang.

ts
1
001==
π
ω
, : là thời gian một nửa chu kì.
Khi đó ở cuối mỗi n nửa chu kì phương trình (5-23) có dạng:
01
3
2
11
2
11
111
2
Vnt)FF(NBp
g
NbF
ntNBp
p
tâmin
d
tâ

tn
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−++
=
γ
ϕδ
(5-25)
Bước hai được tính gần đúng, nếu từ các giá trị áp suất tìm được theo (5-25) xác
định lưu lượng dầu ở mẫu số. Ngoài các phương trình đó ra, để tính áp suất p
t
trong bong
bóng khép kín (giai đoạn thứ nhất dập tắt hồ quang) có thể sử dụng công thức nửa thực
nghiệm của Abakian:
3
2
0
0
3
2
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣

⎡
+−
=
∫
t
ttâmint
t
t
VdtA)FF(BAC
BA
p
(5-26)
Trong đó: C= 1500 là hệ số không đổi.
F
min
- F
tđ
: là tiết diện hình vành khăn của miệng lỗ ra, cm
2
.
A
t
= f(t) : là năng lượng của hồ quang, kW.s.
B : là hệ số thể tích tạo khí, cm
3
/kW.s.
V
0
: là thể tích ban đầu, cm
3

.
Đơn giản hóa phương trình này có thể dẫn về dạng:
3
2
2
760
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
tâmin
trbmhqtr
t
FF(C
tIBE
,p
π
ν
(5-27)
Trong đó:

trb
ν : là tốc độ trung bình chuyển động các tiếp điểm, cm/s.
E
hqtr
: là građien điện áp trung bình thân hồ quang, V/cm.

I
m
: là biên độ dòng điện., kA.
Các ki hiệu còn lại cũng giống như ở phương trình (5-26).
Nếu trong giai đoạn thứ nhất lỗ thải khí bị đóng kín một phần bởi tiếp điểm và chứa
đầy dầu (ví dụ: hình 5-1, c) thì trong phương trình trên để tính áp suất p
t
cần phải cho
F
tđ
=0.
Trong trường hợp này thời gian của giai đoạn thứ nhất (hồ quang cháy trong bong
bóng khép kín) có thể sơ bộ tính theo phương trình:
4
23
0
01
50
gIBE
FL,
t
trbmhqtr
dmin
νω
γ
=
(5-28)
L
0
: là chiều dài qui đổi của rãnh, từ đó dầu chảy ra khỏi ở giai đoạn thứ nhất.

130

F
min
: là tiết diện của lỗ.

ν
trb
: là tốc độ trung bình chuyển động tiếp điểm lúc ban đầu.
Giai đoạn thứ hai (hỗn hợp khí hơi chảy từ vùng bong bóng khí hơi ra) bắt đầu làm
việc từ khi tiếp điểm ra khỏi miệng ống (trường hợp F
tđ
=0).


5.3. TÍNH ÁP SUấT TRONG BÌNH CHứA KHÍ HỗN HợP VÀ KHÍ HƠI CHảY Từ
BÌNH RA

Sau khi lỗ thải khí mở (xem hình 5-4, b), sự chảy hỗn hợp khí hơi từ bình ra rất
phức tạp. Khi ngắt dòng điện lớn trong các rãnh của bình chứa, ở đây hồ quang cháy, xảy
ra hiện tượng ngăn cản luồng khí do hiệu ứng nhiệt động.
Ở giai đoạn ngăn cản lớn nhất (tại biên độ dòng điện) tạo được các điều kiện thuận
l
ợi để dầu chảy giống như môi trường không nén. Khi đó rãnh khí bị hẹp lại (do bởi một
phần rãnh chứa dầu) và trong rãnh tạo thành nút dầu.
Khi đó khí hầu như ngừng chảy, trong bình chứa áp suất tăng vọt và tiếp theo nút
dầu tạo thành trong rãnh bị tung ra. Chu trình tiếp sau sự chảy lặp lại giống như trước. Khi
ngắt dòng điện lớn sự chảy của hỗn hợp khí hơ
i qua các rãnh hồ quang cháy ở đấy mang

tính chất không ổn định, gián đoạn. Trong bình chứa áp suất dao động với tần số khá lớn,
điều này được xác định bằng thí nghiệm.
Hiện nay trong quá trình xét tổng hợp các hiện tượng một cách định lượng còn gặp
rất nhiều khó khăn, thường phải đơn giản hóa:
1) Ở giá trị bất kì của dòng điện từ thời điểm mở
lỗ đều xảy ra sự cháy của hỗn hợp
khí hơi có tính chất entrôpi dưới chế độ tới hạn.
2) Hiệu ứng nhiệt động hoàn toàn không tính nếu tính toán phần tốc độ chảy tới hạn
cho hệ số nhỏ hơn một.
3) Trong quá trình cháy của hỗn hợp khí hơi thể tích trong bình chứa không thay
đổi.
4) Chỉ cho hỗn hợp khí hơi chảy qua lỗ, nghĩa là dầu không chảy ra khỏi bình
chứa.
Từ điều kiện 3, áp suất trong bình (trong bong bóng khí hơi) có thể tính theo
phương trình chung:
bâ
V
GG
dt
d
211
−
=
γ
(5-29)
G
1
: là cường độ trọng lượng tạo thành khí thời điểm t
1,
kg/s.

G
2
: là độ tiêu hao về trọng lượng của hỗn hợp khí hơi ở thời điểm t
2
, kg/s.
V
bđ
: là thể tích ban đầu của bong bóng khí hơi (t
2
=0).
Sự thay đổi trạng thái khí trong bình chứa là đẳng nhiệt, ta có:
)GG(
V
R
dt
dp
bâ
t
21
−=
θ
(5-30)
Phối hợp với phương trình (5-22):

131

tt
N
R
Bp

NG
θ
δ
1
1
== (5-31)
Trong đó:
N
t
: là công suất của hồ quang ở thời điểm t
2
.
Trọng lượng của hỗn hợp khí hơi có trên cơ sở của phương trình:
qâth
FG
ν
γ
12
=
(5-32)

γ
1
: là trọng lượng riêng của khí trong tiết diện tới hạn của rãnh.

th
ν : là tốc độ chảy tới hạn.
F
qđ
: là tiết diện tới hạn qui đổi của rãnh.

Ta sử dụng các đẳng thức:
γγ
1
1
1
2
1
=
+
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟
−
t
k
k

θνν gR
k
k
k
k
tth
1
2
1
2

+
=
+
=


ν
t
: là tốc độ tiếng động liên quan với các tham số của hỗn hợp khí hơi trong bình.
Như vậy, từ (5-32) ta được:
qâ
t
qâtqâ
k
t
F
R
p
FF.gR
k
k
k
G
θ
αγθγ ==
+
⎟
⎠
⎞
⎜

⎝
⎛
+
=
−
1
2
1
2
1
1
2
(5-33)
Trong đó:
θα gR
k
k
k
k
1
2
1
2
1
1
+
⎟
⎠
⎞
⎜

⎝
⎛
+
=
−
(5-34)
Với hỗn hợp khí hơi thì hằng số khí có thể lấy là:
R
≈
20m/đô.
Giá trị nhiệt độ của hỗn hợp khí hơi trong bình chứa phụ thuộc vào kết cấu của bình
và có thể trong khoảng
K2500800
0
÷≈θ
.

Kinh nghiệm cho thấy rằng ở các bình chứa có thổi tự động ngang trong dầu khi
dòng điện 5
÷25kA, đại lượng α nhỏ hơn giá trị tính theo phương trình (5-34). Rõ ràng, sự
sai lệch này là do ảnh hưởng của hiệu ứng nhiệt động làm giảm độ chảy.
Phân tích các tham số thí nghiệm khác, tính toán phải theo công thức:
α
α
2
m
tt
=
Trong đó m
2

= 0,3 ÷ 0,5 là hệ số tính đến ảnh hưởng của hiệu nhiệt động.
Từ (5-31) và (5-33) dẫn phương trình (5-30) về dạng:
t
bâ
t
bâ
qâtt
t
N
V
Bp
p
V
F
dt
dp
1
−+
α
(5-35)
Trong trường hợp chung, nếu N
t
là một hàm số thời gian phức tạp, giải đầy đủ
phương trình (5-35) bằng phương pháp gần đúng bằng các phương pháp khác nhau.
Ví dụ :

132

1) Bằng phương pháp phân đoạn liên tiếp dựa trên cơ sở cho trước quan hệ (trong
dạng đường cong) N

t
=f(t) và các tham số khác trong (5-35) cũng như trị số áp suất ban đầu
trong bình chứa p
bđ
ở thời điểm mở lỗ (t
2
=0).
2) Bằng phương pháp phân tích gần đúng dựa trên cơ sở đơn giản hóa từng phần
nhỏ của biểu thức công suất hồ quang N
t
.
Dưới đây giới thiệu một số công thức tính toán nhận được bằng phương pháp phân
tích gần đúng.
+ Trong quá trình chảy điện áp trên hồ quang và giá trị thức của dòng điện không
đổi, nghĩa là:
cons
t
NiUN
hqhqt
=
=
=

Trong trường hợp này nghiệm đủ của phương trình (5-35) có dạng:

t
V
F
bk
t

V
F
qâtt
bt
bâ
qâtt
bâ
qâtt
epe
F
NBp
p
αα
α
−−
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−= 1
1
(5-36)
p
bk
: là áp suất trong bình chứa ở thời điểm hỗn hợp khí hơi bắt đầu chảy.

Ti số
qâtt
bâ
F
V
α
gọi là hằng số khí động về thời gian.
+ Trường hợp
0== tsinIUN
mhqt
ω
Trong đó:
cons
t
I;constU
mhq
==

Và phương trình (5-35) có dạng:
0=−+ tsinp
dt
dp
t
ωεβ
(5-37)
Trong đó:
]
s
[,
V

F
bâ
qâtt
1
α
β =
; ]s.cm/kg[,
V
IUBp
bâ
mhq
2
1
=ε

Với trường hợp khi bắt đầu chảy và bắt đầu nửa chu kì của dòng điện hồ quang trùng
nhau, đối với hồ quang cháy ở nửa chu kì đầu trong thí nghiệm đủ có (5-37) dạng:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
+
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
+
+=
−
tcostsinepp
t
t
ωω
ω
β
ωβ
εω
ωβ
εω
β
2222
01
(5-38)
p
0
: là áp suất trong bình chứa ở thời điểm bắt đầu chảy.

ω
: là tần số góc của dòng điện xoay chiều.
Khi điện áp trên hồ quang dương (giả thiết) đối với tất cả các nửa chu kì của dòng
điện hồ quang, trong phương trình dạng công suất hồ quang chỉ thay đổi trong khoảng:
0

≤
≤
ω
π
t

Từ đó rút ra rằng, phương trình (5-37) có thể dẫn về dạng cho phép tính sự thay đổi
áp suất trong bình chứa của bất kì n nửa chu kì của dòng điện hồ quang thì: