HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 2 ppt

20



Hình 1-5. Sơ đồ kết cấu của một số loại máy ngắt ít dầu.
a) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình kim loại, dùng cho thiết bị treo tường.
b) Một cực có một khoảng ngắt trong bình sứ với máy biến dòng trong sứ xuyên, dùng cho thiết bị treo trên
tường.
c) Mỗi cực có hai khoảng ngắt dập hồ quang trong các bình kim loại, có hệ thống tiếp điểm chính và dập hồ
quang với bộ truy
ền động cơ khí đặt trong khung đỡ.
d) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình sứ, với máy biến dòng trong sứ xuyên và truyền động cơ khí đặt
trong khung treo.

e) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình cách li có dao cách li ngoài, truyền động cơ khí đặt trong khung
đỡ.
f) Hai buồng dập hồ quang đặt nghiêng, trên một sứ đỡ.
g) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình sứ với sứ đỡ đổ đầy dầu.
h) Mỗi c
ực có một khoảng ngắt trong bình sứ thiết bị dập hồ quang và truyền động cơ khí cùng đặt chúng
trong sứ đỡ.

Một số sơ đồ kết cấu máy ngắt giới thiệu ở hình 1-4, 1-5, 1-6, 1-7 và 1-8.

a
)

b)

c
)

d)

e
)

f
)

g)

h)


21

Các đặc tính đặc biệt của một số kết cấu máy ngắt:
1) Trong kết cấu máy ngắt ít dầu với bình cách li, khi ở vị trí ngắt các tiếp điểm dập
hồ quang còn lại trong dầu nối tiếp với khoảng ngắt dập hồ quang (nghĩa là khoảng ngắt
được hình thành ở trong dầu) do tách dao cách li phụ đặc biệt, tạo thành khoảng trống trong
không khí.
Nhờ vậy cách điện của thiết bị dập hồ quang được bỏ đi. Ở trong những máy ngắt
này chỉ cho phép không dùng dao cách li trong trường hợp khi đủ lượng dầu tuyệt đối trong
bình dập hồ quang và dầu không mất tính cách điện.

Hình 1-6. Sơ đồ của cơ cấu các máy ngắt không khí trạm trong nhà điện áp 6-20kV.
a) Một khoảng ngắt dập hồ quang trong buồng thổi dọc, truyền động gắn liền tác động hai
phía, dùng cho thiết bị treo trên tường.
b) Hai khoảng ngắt song song dập hồ quang cho mỗi cực, một trong hai khoảng ngắt đó
được san bằng điện trở dập hồ quang với buồng thổi dọc, truyền động đặt bên trong, có dao
cách li lắp kèm.
c) Một khoảng ngắt cho mỗi cực trong buồng thổi không khí ngang, v
ới truyền động gắn
liền tác động hai phía.

2) Hình dạng và cách bố trí các bộ phận cách điện nằm trong dầu sao cho không có
sự liên tục ngang của các bề mặt để các phần tử than nhỏ hình thành trong dầu có thể lắng
xuống bề mặt đó, tạo thành con đường phóng điện theo bề mặt. Loại phóng điện như vậy

thường dẫn đến sự cố nặng.
3) Trong các máy ngắ
t không khí (áp lực không khí có tác dụng đối với TĐL tức
thời sử dụng truyền động khi đặt trực tiếp ở bên trong thiết bị dập hồ quang. Như thế trong

a
)

b)

c)


22

nhiều trường hợp cần thiết có dao cách li phải gắn liền, nhờ nó sau khi dập tắt hồ quang tạo
thành khoảng ngắt phụ, ngoài hay trong không khí nén, xem chương 4).


Hình 1-7. Sơ đồ kết cấu các máy ngắt không khí trạm ngoài trời điện áp 110kV.
a) Hai khoảng ngắt đặt đứng cho mỗi cực, với sự chuyển động không khí một cách trình tự vào các buồng và
dao cách li ở bên ngoài.
b) Hai khoảng ngắt cho mỗi cực, với cách đặt đứng các buồng dập hồ quang và dao cách li chìm trong không
khí nén.
c) Hai quãng đứt cho mỗi cực, với cách đặt đứng các buồng dập hồ quang nằm ngang, sự dịch chuyển không
khí song song vào các buồng, không có dao cách li.
d) Hai khoảng ngắt dập hồ quang đặt trong buồng có thể tích lớn chứa đầy không khí nén cho mỗi cực, không
có dao phân li.
Trong máy ngắt không khí có các bộ phận trung gian, quan hệ động giữa tiếp điểm
dập hồ quang và bộ phận làm việc của truyền động làm máy ngắt loại này mất tính chất tác

động nhanh.

a)

b)

c)

d)


23


Hình 1-8. Sơ đồ kết cấu máy ngắt trạm ngoài trời điện áp 380 đến 400kV.

4) Sơ đồ kết cấu máy ngắt đặt trong trạm phân phối điện có tủ (KPY) cần phải đảm
bảo quan hệ giữa kết cấu máy ngắt với các bộ phận còn lại của mạch cho có lợi nhất,
thường máy ngắt như thế có truyền động gắn liền trực tiếp, đảm bảo kiểm tra và sửa chữa
thuận tiện trong quá trình vận hành và thay đổi máy ngắt.


a
)

c
)

b
)

25

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN CHUNG CỦA MÁY NGẮT


2.1. CÁC THAM Số ĐỂ TÍNH TOÁN CÁCH ĐIệN CHUNG

Trong kết cấu máy ngắt cần phải đảm bảo các cách điện:
1) Giữa các phần có điện áp với các phần nối đất.
2) Giữa các phần có điện áp khác nhau của một cực khi tiếp điểm hoàn toàn tách
rời.
3) Giữa các phần bên cạnh các cực có điện áp cao.
Mức độ cách điện chung cần phải phù hợp với các tiêu chuẩn kĩ thuật. Mức độ này
được bảo đảm bằng cách chọn khoảng cách cách điện cần thiết và các kích thước chính của
các bộ phận cách điện (sứ cách điện, các tấm cách điện, các tấm ngăn, ).
Theo kết quả tính toán cách điện của máy ngắt đối với thang điện áp định mức cho
trước, ở sơ đồ kết cấu máy ngắt được chọn, có thể phán đoán không chỉ về kích thước
khoảng cách cách điện chính và các bộ phận cách điện của kết cấu ( sứ xuyên, sứ trụ, sứ
kéo, kích thước khoảng cách giữa các tiếp điểm, ) mà còn về kích thước các bộ phận riêng
của mạch vòng dẫn điện và thậm chí về các kích thước chung của toàn bộ thiết bị nói riêng
cho điện áp 35kV và cao hơn.
Tính toán cách điện máy ngắt xuất phát từ các giá trị điện áp phóng điện của các
khoảng cách đối với thang điện áp cho trước.
Giá trị cho trước của điện áp phóng điện bằng tích số điện áp thử (U
th
) được qui
định bằng các tiêu chuẩn đối với thang cách điện cho trước (là điện áp định mức) và một số

hệ số (K>1).
Các tiêu chuẩn điện áp thử và phóng điện tần số công nghiệp qui định trong các tiêu
chuẩn kĩ thuật ( ví dụ như ΓOCT 1516-42 nêu trong bảng 2-1).
Do yêu cầu nâng cao mức bền vững của máy ngắt cũng như kinh nghiệm vận hành
cho thấy cần thiết phả
i thực hiện thử cách điện thiết bị bằng xung cao áp và nghiên cứu các
tiêu chuẩn phù hợp cho điện áp thử và điện áp phóng điện dưới chế độ xung. Trong trường
hợp như thế điện áp phóng điện khô lấy cao hơn điện áp thử 10% nghĩa là hệ số bền vững
K=1,1.
Các tiêu chuẩn về thử điện áp xung được áp dụng ở các nhà máy sản xuất "thiết bị
điện", như nêu trong bảng 2-2. Trong trường hợp này điện áp phóng điện khô cũng giống
như thế, hệ số bền vững K=1,1.


26







Bảng 2-1: Điện áp thử tần số công nghiệp (theo ΓOCT - 42)

Thang
cách
Điện
áp
Điện áp phóng điện khô, kV Điện áp phóng điện
khô, kV

điện Làm Sứ cách điện Sứ cách điện
kV việc
lớn
nhất
kV
Thiết
bị
điện
và
máy
biến
dòng
Máy
biến
áp

máy
biến
áp đo
lường
Sào
cách
điện
Trạm
trong
nhà
Trạm
ngoài
trời
Cầu

dao
và cầu
chì
Trạm
trong
nhà
Trạm
ngoài
trời
Điện áp
phóng
điện ướt
của thiết
bị điện
và của sứ
cách điện
trạm
ngoài
trời, kV
3
6
10
15
20
35
110
154
220
3,5
6,9

11,5
17,5
23,0
40,5
121,0
169,0
242,0
24
32
42
55
66
95
260
360
500
18
25
35
45
55
85
230
320
460
24
32
42
55
66

95
230
320
460
36
48
63
82
100
150
-
-
-
24
32
42
55
66
100
-
-
-
27
35
46
60
73
105
285
400

550
81
44
58
76
92
135
345
485
670
-
35
46
60
75
110
-
-
-
-
38
50
66
80
120
315
440
610
-
28

34
47
57
80
220
305
430

Trong bảng 2-3 nêu gía trị điện áp thử đối với thiết bị điện xoay chiều điện áp
400kV.

Bảng 2-2: Điện áp thử xung

Điện áp định mức, kV Dạng điện áp thử
3 6 10 15 20 35 110 150 220
Điện áp thử xung các sứ cách điện và
các thiết bị (kV) bằng sóng đầy.
Cũng như thế bằng sóng cắt 2
μ
s.
Cũng như thế, giữa các tiếp điểm tách
rời của cầu dao và của cầu chì (sóng
đầy).

43

51


50

57

68


65


75

90


90


95

115


115


110

135

135

170

205


210

465

560


580

640

770


800

900

1000


1100

27

Trong khi chọn điện áp thử đối với cách điện thiết bị ở điện áp định mức cao hơn
400kV thì bội số quá điện áp đóng mở ít hơn (thay 2,5 vào chỗ 3 trong bảng) cho nên các
đặc tuyến cách điện của các thang điện áp này có thể tính bằng cách giảm đặc tuyến ở 400
kV xuống theo hệ số:
3
2,5
400
U
K
âm
1
=
U
đm
: là điện áp định mức của máy ngắt được thiết kế.
Cần phải nghiên cứu phương pháp chọn trị số điện áp phóng điện tính toán cho các
khoảng ngắt giữa các tiếp điểm của thiết bị dập hồ quang máy ngắt, sau khi dập tắt hồ
quang trong một thời gian ngắn cách điện của thiết bị dập hồ quang không mang điện.
Trong trường hợp mỗi cực máy ngắt có một khoảng ngắt, dập hồ quang thì điện áp phóng
điện tính toán có thể tìm trị số biên độ điện áp phục hồi theo công thức sau:
maphâ
U,K.KU
â0
2870= ,[kV] (2-1)
Trong đó K
0

= 1,5 : là hệ số dự trữ.
K
a
= 1,6: là hệ số vượt quá biên độ lớn nhất.
U
đm
: là điện áp định mức của máy ngắt.


Bảng 2-3: Điện áp thử đối với thiết bị điện xoay chiều điện áp 400 kV

Dạng điện áp thử Các thiết bị và
sứ cách điện,
kV
Khoảng ngắt giữa các tiếp
điểm tách rời của dao cách li,
mm
Điện áp thử bằng sóng đầy 1,5/40 μs
Cũng như thế bằng sóng cắt 2μs
Điện áp thử các sứ cách điện khi tầ số 50Hz
Cũng như thế đối với máy biến dòng và máy ngắt
nhiều dầu
Điện áp phóng điện khô với sứ cách điện và khoảng
ngắt trong không khí
Điện áp phóng điện ướt khi 50Hz
1500
1800
850

750

950
700
1800

1100




1200


Khi số lượng khoảng ngắt nhiều hơn một, cần thiết phải tính đến sự phân bố điện áp
không đều trên các khoảng ngắt trong lúc nối đất một cực ra của máy ngắt (ví dụ sau khi
ngắt một pha chạm đất). Trong trường hợp này trị số biến đổi điện áp phóng điện lớn nhất
của một trong các khoảng ngắt có thể tính theo phương trình:
p
âm
apâ
K
n
U
,KKU 2870
01
=
(2-2)
Trong đó:
n : là số lượng khoảng ngắt ở mỗi cực.
K

p
: là hệ số kể đến sự phân bố điện áp phục hồi không đều.

28

Các phương pháp tính điện áp phân bố theo từng khoảng ngắt của một cực sẽ được
nghiên cứu sau. Trong các máy ngắt cao áp cũng như trong các thiết bị cao áp, khi làm mất
tính chất cách điện của từng bộ phận kết cấu mang đặc tính khác nhau sinh ra hư hỏng. Sự
hư hỏng này xác định khả năng làm việc sau này của thiết bị.
Thực tế sự phóng điện ở các khoảng ng
ắt phối hợp và khoảng ngắt khác trong
không khí là không nguy hiểm. Nhưng sự phóng điện theo bề mặt các sứ cách điện ở ngoài
trời là nguy hiểm ( trừ trường hợp hồ quang qua lỗ chảy kéo dài) vì sự phóng điện hầu như
không để lại dấu vết gì trên bề mặt sứ.
Những trường hợp phóng điện ở phía trong các hốc khép kín chứa đầy không khí
của sứ cách đi
ện (đặc biệt ở máy ngắt không khí) có thể cho là tương đối nguy hiểm.
Nguy hiểm hơn là trường hợp đánh thủng cách điện rắn, màn chắn dầu và các cách
điện khác của sứ vào và của sứ trụ, các miếng đệm cách điện rắn, Do bị đánh thủng thì
các bộ phận cách điện thường không dùng được nữa và gây nên sự cố.
Rất nguy hiểm trong các trường hợp làm mất tính ch
ất cách điện bên trong (bên
trong bình) do đánh thủng các khoảng ngắt cách điện trong dầu hay trong không khí ở các
hốc bên trong của máy ngắt ít dầu. Các trường hợp như thế có thể gây nên những hậu quả
nặng, hư hỏng không chỉ bản thân máy ngắt mà cả kết cấu trạm phân phối (đặc biệt trạm
trong nhà).
Trong khi tính cách điện chung cho máy ngắt cần phải tính trước sự phối hợp cách
điện giữ
a các bộ phận kết cấu của máy ngắt. Bản chất của sự phối hợp này là: đối với bộ
phận cách điện quan trọng phải có một dự trữ kết cấu theo bản vẽ điện được tính bằng hệ số

dự trữ k
d tr

Phải căn cứ vào tiêu chuẩn điện áp phóng điện nhỏ nhất để tính cách điện bên ngoài
của máy ngắt.
Như vậy, giá trị điện áp phóng điện tính toán của từng bộ phận cách điện của máy
ngắt trong trường hợp chung có thể xác định theo công thức:
pâpp
U.KU
=
.ât

Trong đó:
K
p
: là hệ số dự trữ (độ bền) xem bảng 2-4.
U
pđ
: là trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng điện (ở tần số công nghiệp hay ở chế độ
xung).
Ngoài việc tính cách điện chung, trong khi thiết kế máy ngắt cũng cần phải tiến
hành tính chính xác cách điện của từng bộ phận của máy ngắt như: sứ vào, màng tĩnh điện,
cách điện của buồng dập hồ quang, sứ kéo, điện trở shun,

2.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH GầN ĐÚNG CÁCH ĐIệN CHUNG

Tính cách điện chung bao gồm giải quyết những nhiệm vụ sau:
1) Chọn các bộ phận chính có khoảng ngắt cách điện và chọn sơ bộ hình dáng, kích
thước các điện cực tạo thành các khoảng ngắt đã chọn.
2) Xác định các giá trị điện áp phóng điện tính toán cho trước của từng khoảng ngắt

đã chọn.

29

3) Tính kích thước nhỏ nhất cho
phép của các khoảng ngắt cách điện đã
tính. Căn cứ vào các đường đặc tính
hồ quang điện có thể hay xảy ra nhất,
tiến hành chọn các khoảng ngắt phải
tính trong sơ đồ kết cấu máy ngắt. Như
vậy cần chú ý đến các tính chất đặc biệt
của kết cấu máy ngắt thiết kế, trong
trường hợp riêng: khả năng có thể xảy
ra hồ quang ở ngoài giới hạn buồng, xác
suất tạo thành bọt khí hơi trong dầu,
trong vùng khoảng ngắt, khả năng đốt
nóng quá mức của khí hay của không
khí ở chỗ dự đoán phóng điện,
Ví dụ trong hình 2-1 sơ đồ kết
cấu máy ngắt kiểu nhiều dầu với các
đường phóng điện có thể xảy ra nhất, từ
các đường đo xác định chỗ đặt các
khoảng ngắt cách điện phải tính. Chiều
dài của chúng ký hiệu bằng chữ S.
Trong khi điện áp phóng điện
tính toán ban đầu ở tần số công nghiệp hay chế độ xung cần phải căn cứ đòi hỏi về độ bền
vững của từng khoảng ngắt (có các tấm ngăn, các màng tĩnh điện, ) tiến hành tính các
kích thước nhỏ nhất của những khoảng ngắt. Ngoài ra, cần phải chú ý đến một số yếu tố có
ảnh hưởng đến sự thay đổi hình dạng điện trường và làm xấu trạng thái cách điện (ví dụ:
điện cực phát tia sáng, sự tạo thành muội than trên các bề mặt cách điện, ).

Hình 2-1. Các khoảng ngắt phóng điện chính trong máy
ngắt nhiều dầu.



S
7

S
1

S
1

S

2

S
9

S
3

S
3

S
4

S
5

S
6


30


Bảng 2-4: Các giá trị (định hướng) của hệ số dự trữ k
p

Bộ phận cách điện và điều kiện làm việc K
p

Khoảng ngắt lỗ và bề mặt ngoài của sứ cách điện trong không khí
Đồ gốm làm việc bị điện đánh thủng ở tần số công nghiệp
Đồ gốm làm việc bị điện đánh thủng ở chế độ xung
Giấy dầu và rãnh dầu cách điện cũng như các bộ phận cách điện khác làm việc bị đánh
thủng ở tần s
ố công nghiệp
Cũng như thế ở chế độ xung
Các khoảng ngắt cách điện trong không khí hay trong dầu nằm ở trong bình của máy
ngắt nhiều dầu
Các khoảng ngắt cách điện trong không khí hay trong dầu nằm ở trong buồng dập hồ
quang của máy ngắt ít dầu không có dao cách li
Cũng như thế cho máy ngắt có dao cách li
Khoảng ngắt cách điện trong dầu ở trong sứ trụ (trường hợp dầu h
ỏng do bị hồ quang
tác động)
Khoảng ngắt cách điện của hốc phía trong sứ cách điện trong bình kín chứa không khí ở
tần số công nghiệp
Cũng như thế ở chế độ xung
1
1,3
1,33÷1,6

1,3
2,25

1,15÷1,25

1,25÷1,5
1,15

1,15

1÷1,1
1÷1,17
Các khoảng ngắt có kích thước được xác định trên cơ sở các tham số thí nghiệm và
sự phụ thuộc của điện áp phóng điện ở các môi trường cách điện khác nhau vào các khoảng
cách nhỏ nhất giữa các điện cực có hình dáng và kích thước khác nhau. Các tham số thí
nghiệm ở dạng các đường cong hay các công thức tính toán chung giới thiệu trong các giáo
trình chuyên môn, các công trình nghiên cứu khoa học và trong các cẩm nang kĩ thuật.

















Hình 2-2. Điện áp phóng điện trong không khí ở tần số 50Hz.

100 200 300 400
500 600 700 S[

cm]

U
P
[ kV]
0
400
800
120
0
160
0
200
0
S

S


31


Một vài đường cong điện áp
phóng điện tương ứng trong các hình
2-2, 2-3, 2-4, 2-5 và 2-6 và các công
thức tính toán thường áp dụng nhất
trong bảng 2-5.
Tất cả các tham số đều đúng với
các điều kiện khí quyển bình thường áp
suất p=760 mmHg, nhiệt độ không khí

t
0
=20
o
c.
Các điện cực
Thanh - thanh nối đất.
Thanh - mặt phẳng điều kiện khí
quyển tiêu chuẩn.
Trong bước thiết kế máy ngắt
có thể chính xác hóa và thay đổi các
kích thước tính toán của một số khoảng
ngắt: trong lúc sử dụng các kiểu sứ
cách điện tiêu chuẩn trong các bộ phận
trụ lắp ghép,
Song tất cả sự thay đổi không
dẫn đến giảm mức độ cách điện, phá vỡ
sự phối hợp của cách điện từng bộ phận
được chọn với kết cấu cụ thể.


2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH GầN ĐÚNG SỰ PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP CHO TỪNG
KHOẢNG NGẮT TRÊN MỘT CỰC

Trong thiết kế máy ngắt, kết cấu của nó dựa trên nguyên tắc trình tự nối liền một
loạt khoảng ngắt (s
ự phân bố điều hòa điện áp phục hồi hay điện áp sử dụng, dài hạn theo
từng khoảng ngắt có ý nghĩa quan trọng).

Hình 2-3. Điện áp phóng điện khô của sứ cách điện
trong không khí ở 50Hz.
1) Nhỏ nhất. 2) Trung bình. 3) Lớn nhất.


100 200 300
400 S[ cm]

U
c
[ kV]

0
400
600
800
100
0

120
0

200
1
2
3

32

Nếu trong kết cấu máy ngắt không có các thiết bị đặc biệt để làm điều hòa điện áp,
thì sự phân bố điện áp không điều hòa theo các khoảng ngắt có thể rất lớn.

Bảng 2-5: Các công thức về quan hệ giữa điện áp phóng điện ở tần số công nghiệp và
khoảng cách giữa các điện cực

Loại môi trường, hình dáng các điện cực và kích thước giới
hạn của các khoảng ngắt.
Các công thức tính toán. Tác giả
Phóng điện khi trong không khí điện cực kim-kim không
nối đất, S>8 cm
Phóng điện khô trong không khí, kim-kim nối đất, S>8 cm
Phóng điện khô trong không khí, thanh -thanh nối đất,

S>10 cm
Phóng điện khô trong không khí, sứ trụ kiểu khác nhau
Phóng điện khô trong không khí theo bề mặt của sứ trụ mặt
phẳng l<15cm
Đánh thủng trong dầu, kim - mặt phẳng S≥10 cm
Đánh thủng trong dầu, kim -kim, S>1 cm
Phóng điện khô trong không khí nén giữa các hình xuyến
ống đồng trục d=3,2 cm với các đầ
u mút tròn, ở áp suất p
[at]

]kV[S,u
K
36314
+
=


]kV[S,u
K
16314
+
=


]kV[S,u
K
754
=

]kV[J,u
,
K
930
953=

]kV[l,u
,
K
70
410=
]kV[Su
,
âth
70
30=
]kV[Su
,
âth
70
39=
450
42
,
K
)S.p(u = [kV]

(chọn sơ bộ)
A.Po

T



Các tác
giả khác
nhau.




Maĩ
Hep

"
Âepô và
Âỉịị

Hình 2-4. Điện áp phóng điện khô của các kết cấu cách điện trụ có vòng điều hòa điện áp.
1 2 3
4
5 6 S[ m]
U
c
[ kV]
0
500
100
0
150
0
200
0
S
d =0,5S

33

Ví dụ, trong máy ngắt kiểu nhiều dầu có hai khoảng ngắt cho mỗi cực, khi nối đất

một phía của một cực, điện áp của một trong các khoảng ngắt có thể đạt tới 85% điện áp sử
dụng.
Trong máy ngắt không khí và máy ngắt ít dầu có nhiều khoảng ngắt, sự phân bố
điện áp cũng không điều hòa, từ hình 2-7 ta thấy rõ điều này.
Trong các máy ngắt việc dập t
ắt hồ quang sẽ bị hạn chế khi không có các điện trở shun đặc
biệt.
Sự phân bố điện áp theo các khoảng ngắt có thể tính bằng cách phân bố điện áp tĩnh
trên tất cả các khoảng ngắt, khoảng ngắt được tạo ra giữa các phần dẫn điện kể cả tương
đối với nhau và với đất.
Trong trường hợp này phải xem kết cấu máy ngắt giống như hệ thống điện cực ( tất
cả các phần kim loại của máy ngắt có điện cực, hệ thống điện cực) cách li với đất.
Ảnh hưởng của đất có thể thay thế bằng sự có mặt của một hệ thống khác dạng soi
gương.

Hình 2-5. Điện áp phóng điện trong không khí ở chế độ xung 1,2/40 μs.

20 40 60 80 100

120 140 160 180 S[ cm]

U
Pi
[
kV]
0
200
400

600

800
100
0
S
S
1; 4
{

2;
3
{

120
0
140
0
1

2 3
4
(-)
(-)
(+)
(+)

34

Sự tính toán dẫn đến xác
định hiệu điện thế giữa các điện
cực dựa trên cơ sở của phương
pháp chung giải hệ thống
phương trình tĩnh điện. Dạng
điện cực phức tạp, có thể có
trong kết cấu, cần phải dựa về
hình dạng thông thường và
thuận tiện hơn để tính toán là
dạng elípxoít quay cho phương
trình bề m
ặt đã biết.
Các giá trị của hệ thống
là: các tham số hình học của hệ
thống (kích thước và hình dáng
của điện cực, cách bố trí tương
hỗ của chúng với nhau và đối
với đất, hệ số điện môi của môi
trường và trị số tương đối của
điện áp đối với các điện cực
riêng biệt). Phân tích chính xác

bài toán cụ thể trong d
ạng chung thường gặp phải khó khăn là do không đưa ra dạng giải
tích được. Cho nên trong thực tế chúng ta có thể sử dụng các phương pháp tính đơn giản,
gần đúng, sẽ được đề cập dưới đây.
Các kết cấu có nhiều khoảng ngắt cho mỗi cực (thường ở điện áp 110kV và cao
hơn) được biểu hiện bằng các thông số đặc trưng, là kích thước hình học của các phần dẫn
điện và các loại sứ cách điện tạo thành các khoảng ngắt, khoảng cách đối với đất tương đối
bé hơn.
Trong các trường hợp này sự phân bố điện áp rất đơn giản, các điều kiện khi tính
gần đúng sơ bộ gồm:
1) Thay đổi khoảng cách từng đôi bất kì cạnh nhau của các điện cực nằm ngang ảnh
hưởng ít đến
điện dung của thanh cái trong các điện cực đối với đất.
2) Khi các điện cực nằm theo chiều thẳng đứng (cái nọ trên cái kia) thay đổi vị trí
của một điện cực không ảnh hưởng đến điện dung của điện cực khác đối với đất.
Sự đơn giản hóa như thế cho phép coi rằng, điện dung tương hỗ của từng điện cực
đối với đất là độc lập và khi tính sự ảnh hưởng lực điện động của các điện cực khác nằm
trong từ trường, ngoài các điện cực đang xét.

Hình 2-6. Điện áp đánh thủng giữa các tham số trong dầu.
10 20 30 40
50 S[ cm]

U
âth
[
kV]

0
400
600
800
100
0

200
100
300
500
700
900
s
1/2100μs ,
50Hz

}1/50μ
s

}1/10μ
s


35

Khi đó cách tính sự
phân bố điện áp tiến hành theo
thứ tự như sau:
1) Tính điện dung của
từng khoảng ngắt giữa các tiếp
điểm và tính điện dung đối với
đất.
2) Lập và biến đổi sơ đồ
điện dung tương đương.
3) Tính điện áp phân bố
theo các khoảng ngắt.
Máy ngắt có kết cấu
miêu tả ở hình 2-8a có thể
tượng trưng bằng hệ thống các
điện cực (hình 2-8b) sơ đồ tính
điện dung tương đương hình 2-
8c.
Xác định giá trị các điện
dung C, C
1

và áp dụng các
phương pháp tính toán chung
cho các mạch điện áp xoay chiều, có thể tìm được điện áp phân bố theo các điện dung của
từng khoảng ngắt. Tính toán thường được tiến hành cho trường hợp đặc trưng và bất lợi
nhất: khi một trong các đầu ngoài cùng của cực máy ngắt nối đất, còn điện áp toàn phần đặt
vào đầu khác. Để đơn giản và thuận tiện trong tính toán các điện dung nên biến đổi tương
đương hình dáng các điện cực phức tạp. Ví dụ: hình trụ tương đối không cao có thể thay thế
bằng hình cầu tương đương có bán kính:

1
2
1
2
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−+
=
b
R
b
R
R
b
arsh
b

r
tâ
(2-3)
Trong đó b và R : tương đương với chiều cao và bán kính hình trụ.
Điện dung tương hỗ giữa hai quả cầu với bán kính r
1
, r
2
và khoảng cách giữa tâm
của chúng có thể tìm theo phương trình:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
−−
+=
mn
mnr
nrC
22
1
112
1
4
πε (2-4)
m

r
h
n
r
h
==
12
;

Điện dung tương hỗ giữa hai quả cầu bán kính với mặt phẳng nối đất có thể tính
một cách gần đúng theo công thức:
















Hình 2-7. Phân bố điện áp theo các khoảng ngắt của máy ngắt
không khí khi không có thiết bị điều hành.

1 2 3 4

5 6 N

ΔU
N
%
0
10
20
30
40
50
60
70

1 2 3
4 5 6
U

36

C
8
h
≈
π
εr
(2-5)
Trong đó h : là khoảng cách từ tâm quả cầu đến mặt phẳng.

Trong một số trường hợp thậm chí khi hình dáng của các điện cực đã đơn giản hóa,
tính điện dung của từng khoảng ngắt cũng còn gặp nhiều khó khăn. Ví dụ: khi khoảng ngắt
được tạo bởi các hình xuyến của ống đồng trục (của các tiếp điểm nằm ở phía trong s
ứ cách
điện chứa dầu hay chứa không khí, hoặc khi sứ cách điện có kích thước tương đối lớn nằm
trong khoảng ngắt giữa các điện cực).
Điện dung của các hệ thống như thế được xác định trên cơ sở của những số liệu thí
nghiệm bằng mô hình hay tính gần đúng.
Thực nghiệm cho thấy rằng, điện dung giữa các thiết bị
ngoài cùng của trụ sứ dập
hồ quang máy ngắt ít dầu điện áp 110kV với một khoảng ngắt có thể sơ bộ lấy bằng hai lần
trị số điện dung tương hỗ tính cho hệ thống điện cực này, không tính đến sứ cách điện và
dầu.

Trong các kết cấu máy ngắt cao áp hiện đại có nhiều khoảng ngắt trong mỗi cực,
điều hòa sự phân bố điện áp cơ bản được thực hiện bằng hai biện pháp:
1) Shun tất cả các khoảng ngắt bằng điện trở thuần trị số lớn giống nhau (thường
bằng điện trở trị số 0,5 - 1M
Ω đối với máy ngắt điện áp 400kV).
2) Shun các khoảng ngắt ngoài rìa của cực bằng các điện dung.
Trong khi sử dụng biện pháp thứ hai không cần phải ngắt dòng điện còn lại đi qua
điện trở shun sau khi dập tắt hồ quang như cần thiết phải làm trong biện pháp thứ nhất.

Hình 2-8. Để tính điện áp phân bố theo các khoảng ngắt của máy ngắt.

a)
b)
c)
C

C
2
C
1
C

C
2

37

Trong một số trường hợp cần thiết shun các khoảng ngắt dập hồ quang bằng điện
trở trị số trung bình (khoảng 200 -2500
Ω

đối với máy ngắt điện áp 400kV) để giảm bớt
quá điện áp nội bộ xuất hiện trong quá trình ngắt.
Trong những trường hợp như thế shun các khoảng ngắt bằng điện trở trị số lớn hay
bằng điện dung là không thích hợp.


2.4. VÍ Dụ Về TÍNH CÁCH ĐIệN CHUNG

Chúng ta sẽ tiến hành tính cách điện chung của máy ngắt dầu điện áp 110kV. Dạng
chung và sơ đồ kết cấu một cực của máy ngắt như thế ở hình 2-9a,b. Đối với kết cấu này
các khoảng ngắt cách điện tính toán gồm có:
S
1
: là khoảng ngắt không khí giữa để nối đất giữa I và vỏ kim loại của bộ phận dập
hồ quang II.
Trong khi không có các điện cực qui chiếu phu, khoảng ngắt này sẽ tương ứng với
chiều cao sứ trụ.
S
2
: là chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang.
S
3
: là khoảng ngắt giữa các tiếp điểm dập hồ quang mở rời hoàn toàn trong dầu.
S
4
: là khoảng ngắt giữa đế tiếp điểm cố định IV của dao cách li và rìa ngoài phía
trên màn che nắp trung gian của trụ xoay V.
Chiều cao sứ cách điện của máy biến dòng được sử dụng sứ trụ của dao phân li, và
chiều cao sứ cách điện phía đi của trụ xoay lấy bằng trị số khoảng ngắt chính S
1

. Chiều sứ
cách điện phía trên của trụ xoay nhận bằng trị số S
2
.
Theo các yêu cầu của tiêu chuẩn
ΓOCT 1516 -42 để chọn điện áp phóng điện.

Chúng ta tìm giá trị điện áp phóng điện cho dao cách li hợp với bảng 2-1, đối với
thang cách điện 110kV:
1) Điện áp thử ở tần số công nghiệp đối với khoảng ngoài không khí.
kVu
th
260
1
=

2) Điện áp phóng điện khô cũng đối với khoảng ngắt đó:
kVu
K
315
1
=

3) Nếu đối với dao cách li của máy ngắt cũng đòi hỏi như dao cách li thông thường
thì điện áp phóng điện khô của khoảng ngắt.
kVu
K
345
4
=

(cực đại là 485kV).
4) Điện áp phóng điện tính toán theo bề mặt ngoài sứ cách điện của buồng dập hồ
quang (khoảng ngắt S
2
), do đó có dao cách li, tìm theo phương trình (2-2).
âmap
U,kku 2870
0
2
=
.11
0
2871,5.1,6.0,=
kV230
=
(cực đại 325kV).


38

Nhận xét : Với máy ngắt không có dao cách li, điện áp: phóng điện tính toán của S
2

cũng lấy bằng điện áp phóng điện khô:
kVu
K
315
2
=

5) Điện áp phóng điện tính toán đối với cách điện bên trong buồng dập hồ quang
của máy ngắt (khoảng ngắt S
3
trong dầu) từ phương trình (2-3) và bảng 2-4:
kV.,U.ku
ppp
264230151
23
=
=
=
(cực đại là 1,15.325
kV375
=
).
Theo các giá trị điện áp phóng điện, tìm trị số nhỏ nhất của các khoảng ngắt S
1
và
S
2
, S
3
và S
4
tương ứng với các đường cong ở hình 2-3 (đường cong 2), hình 2-6 và hình 2-
2.
S cmS cmS cmS cm
1234
98 70 16 100=
=

=
=
;;;
Phương pháp tính độ bền vững của cách điện đối với điện áp xung tương tự như
trên. Trong trường hợp này phải qui định các tiêu chuẩn điện áp phóng điện xung đối với
từng thang cách điện cụ thể và các đường cong thí nghiệm tương ứng hay những công thức
tính các trị số các khoảng ngắt phóng điện. Nguyên tắc phối hợp cách điện từng b
ộ phận
riêng biệt của kết cấu cũng tính ở tần số công nghiệp.

Hình 2-9. Cách điện chung của máy ngắt ít dầu.

II
I

I
I

I

I

b)

IV

S

1

S

4

S

1

S

2

S

3

S

1

II
I
II

I

a)

V
I

IV

S

2

S

3

S

4

S
1

S

1

S

1


39










40

CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CỦA MÁY NGẮT

3.1. KHÁI NIệM CHUNG

Mạch vòng dẫn điện của máy ngắt về cơ cấu là tổng hợp phần dẫn điện liên hệ giữa
điện và cơ (thanh dẫn điện, lõi dẫn điện, dao, xà, ). Sự liên hệ điện giữa các phần với nhau
được thực hiện bằng hệ thống tiếp điểm.
Trong quá trình làm việc bình thường của máy ngắt các tác động nhiệt, tác động
điện động, của dòng điện lớn đi qua mạch vòng dẫn điện sinh ra phát nóng từng bộ phận
và sinh ra phụ tải điện động có thể lớn quá khả năng cho phép. Tác động nhiệt và tác động
điện động quá lớn là nguyên nhân phá hoại sự làm việc bình thường của máy ngắt.
Luôn luôn cần phải đảm bảo tính ổn định của máy ngắt trong các chế độ làm việc.
Muốn vậy phải chọn hình dáng, kích thước, đặc tính của các bộ phận dẫn điện mạch vòng
và chọn cách liên kết chúng với nhau thật phù hợp, cho nên trong thiết kế các phần dẫn
điện và các tiếp điểm, ta cần phải tiến hành tính toán đến tác động nhiệt và điện động.

3.2. TÍNH TOÁN ĐIệN ĐộNG MạCH VÒNG DẫN ĐIệN

Tính điện động là xác định trị số và hướng của lực điện động tác động lẫn nhau giữa
các bộ phận dẫn điện. Các tham số lấy được trên cơ sở tính độ bền vững về cơ khí của các
phần dẫn điện và cơ cấu sứ trụ liên kết với nó. Phải kể đến tác động của lực điện động vào
một số bộ phận chuyển động của mạch vòng dẫn điện.
Các tham số cho trước để tính lực điện động gồm:
1) Kích thước của hệ thống dẫn điện (là các kích thước của từng bộ phận và cách bố
trí tương hỗ của chúng trong mạch vòng của cực bất kì và của các bộ phận khác).
2) Trị số biên độ của dòng điện ngắn mạch tính toán lớn nhất.
Các kích thước và cách bố trí tương đối của các phần dẫn điện trong sơ đồ kết cấu,
sơ bộ được xác định từ kết quả tính cách điện chung của máy ngắt có kể đến các kích thước

cơ cấu của thiết bị dập hồ quang và của truyền động cơ khí,
Khi khoảng cách giữa các cực của máy ngắt tương đối lớn (đặc biệt ở điện áp từ
110kV trở nên) ảnh hưởng điện động của hệ thống dẫn điện cực bên cạnh nhỏ và có thể bỏ
qua. Cho nên khi tính điện động của máy này chỉ tính tác động lẫn nhau giữa các bộ phận
dẫn điện của mạch vòng một cực.
Với máy ngắt 35kV cần chú ý đến tác động điện động tương h
ỗ của các bộ phận
dẫn điện của điện cực còn lại khi ngắn mạch hai cực. Giá trị biên độ giới hạn của dòng điện
ngắn mạch được lấy làm trị số dòng điện tính toán lớn nhất.
Để tính lực điện động có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, được giới thiệu
trong các sách và công trình nghiên cứu về thiết bị điện cao áp, phương pháp phân tích đồ
thị là phù hợp và dễ tính hơn cả, các phương pháp này dựa trên cơ sở của phương trình
Bioxava. Chúng ta sẽ nghiên cứu một trong các phương pháp để rút ra các phương trình cơ

41

bản. Trong mặt phẳng có hai dây dẫn (hình 3-1) l
1
, l
2
tương ứng với các dòng điện i
1
, i
2
, từ
trường cảm ứng ở điểm M
x
được tạo do thành phần dòng điện i
1
dy, tính theo:

dB H
i
xox
==μ
μ
π
01
4
.
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
22
m
Wb
,
r
sin.dy α
(3-1)
Trong đó:

α : là góc giữa hướng dòng điện trong dy và bán kính véc tơ r.
r : laì mä âun veïc tå tæì dy âãún âiãøm M
x
(m). Hãû säú tæì tháøm
]/[. mH
7

0
104
−
π=μ .
















Hnh 3-1. Sơ đồ để tính tác động điện động tương hỗ giữa hai đoạn dây thẳng dẫn điện.
x
B
D
r
1

r
r
2

h
l
1

y
i
1

A
dy
α
1

α
2

α

C
M
x
dl
2
l
2
i
2

42

Lực tác động tương hỗ của hai thành phần dòng điện i
1
dy và i
2
dl
2
ở điểm M
x
xác
định bằng biểu thức:
dF idldB
xx
2
22
= α
π
μ
sin
r
dy
dlii
2
221
0
4
=
αα
π
μ

d.sindl
x
ii
2
210
4
=
(3-2)
Với: x là khoảng cách từ M
x
đến đoạn tác động (đoạn AB).
Tác động điện của dây dẫn l
1
có dòng điện i
1
lên đoạn dl
2
có i
2
bằng cách lấy tích
phân (3-2) ta có:
α
π
μ
α
α
∫
=
2
1

2
210
4
dsindl
x
ii
.dF
X

()
21
21
2
0
4
αα
π
μ
coscos
x
ii
dl −=
(3-3)
Khi các dòng điện bằng nhau và bằng I thì:
μ
π
μ
π
0
12

0
227
44
10ii I I A== =
−
.
()
[]
Ndlcoscos
x
A
dF
x 221
αα −= (3-4)
Cường độ phụ tải điện động ở điểm M
x
bất kì:
A
x
coscos
A
dl
dF
f
x
x
=
−
==
21

2
1
αα
K
kh
(3-5)
+
x
coscos
K
kh
21
αα −
=
:là hệ số mạch vòng, chỉ phụ thuộc vào các tham số hình
học của nó.
+
[]
kgI.,A
28
10021
−
=
+ Khoảng cách x đo bằng cm.
Véc tơ f
1x
vuông góc với hướng dòng điện tại điểm M
x
.