HƯỚNG dẫn TÍNH TOÁN THIẾT kế THIẾT bị điện lê thành bắc

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

LÊ THÀNH BẮC (Chủ biên)
VÕ NHƯ TIẾN
LÊ VĂN QUYỆN
DƯƠNG NGỌC THỌ

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN
THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
PHẦN I: MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
HÀ NỘI-2003


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
PHẦN I: MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP
Tác giả: Lê Thành Bắc (chủ biên)
Võ Như Tiến, Lê Văn Quyện, Dương Ngọc Thọ

Chịu trách nhiệm xuất bản: PGS.TS Tô Đăng Hải
Biên tập:
Nguyễn Thị Ngọc Bích
Chế bản:
Nguyễn Trung Tiến, Văn Công Lê
Trình bày: Cao Ngọc Châu, Tôn Thất Hoà Bình

Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật
70 Trần Hưng Đạo - Hà Nội

In 600 cuốn khổ 19 x 27cm tại Nhà in Đại học Quốc gia
Giấy phép xuất bản số 978-56-20/7/2002
In xong và nộp lưu chiểu tháng 9 năm 2002.

Lời nói đầu
Giáo trình "HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN"
được chia làm hai phần:
- Phần 1: Máy ngắt điện cao áp.
- Phần 2: Thiết bị điện hạ áp.
Phần "MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP“ được biên soạn trên cơ sở đề cương
chuyên đề và đề cương môn học "Thiết kế thiết bị điện" cho các ngành Kỹ thuật điện


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

nói chung và ngành Thiết bị điện nói riêng. Chúng tôi biên soạn cuốn sách này nhằm
phục vụ làm tài liệu giảng dạy, tài liệu tham khảo trong thiết kế môn học cũng như
thiết kế tốt nghiệp cho sinh viên ngành kỹ thuật điện. Cuốn sách này biên soạn chủ
yếu dựa trên cuốn "ΠPOEKTỉPOBAHỉE BKΛþ÷ATEΛEĨ ΠEPEMEHHOΓO
TOKA BCOKOΓO HAΠPÿưEHỉÿ" của tác giả ê.A.KYKEKOB và cuốn " High
Voltage Circuit Breakers Design and Applications" của tác giả Ruben D. Gazon.
Trong quá trình biên soạn, các tác giả còn tham khảo các giáo trình "THIẾT KẾ
MÁY NGẮT CAO ÁP", "THIẾT KẾ MÁY NGẮT DẦU",...là những tài liệu đã
được trường Đại học Bách khoa Hà Nội xuất bản. Sách này không chỉ dùng làm tài
liệu giảng dạy và học tập cho sinh viên ngành Điện mà còn có thể làm tài liệu dùng
cho nghiên cứu cũng như tham khảo cho ki sư và cán bộ ki thuật ngành điện cũng
như các chuyên ngành liên quan.
Nội dung của tài liệu này đề cập đến các vấn đề lí thuyết cơ bản trong tính
toán thiết kế máy ngắt điện cao áp, các vấn đề được trình bày trong 9 chương. Đồng
chí Võ Như Tiến biên soạn các chương 1, 2, 3, 7. Đồng chí Lê Văn Quyện biên soạn

chương 6. Đồng chí Dương Ngọc Thọ biên soạn chương 8. Đồng chí Lê Thành Bắc
biên soạn các chương 4, 5, 9 và các phần còn lại.
Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận được sự giúp đỡ và cung cấp
tài liệu của các Thầy, Cô giáo trong bộ môn Thiết bị điện -điện tử, trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là PGS. Lê Văn Doanh và GVC. Lưu Mỹ Thuận. Chúng
tôi cũng đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của TS.Trần Văn Chính và các đồng
nghiệp khoa điện trường Đại học Kỹ thuật Đà Nẵng trong việc hiệu đính và đóng góp
thêm nhiều ý kiến cho nội dung tài liệu.
Mặc dù, chúng tôi đã cố gắng trong việc cập nhập các thiết bị hiện đại nhưng
do tài liệu về vấn đề này rất hạn chế nên có thể còn những vấn đề chưa được đề cập
thỏa đáng. Chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến bổ xung của các bạn
đọc để sách được hoàn thiện hơn nữa trong các lần tái bản sau.
Mọi thư từ góp ý xin gửi về bộ môn Thiết bị Điện - trường Đại học Kỹ thuật Đà Nẵng.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn.
Các tác giả

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NGẮT CAO ÁP ĐIỆN XOAY
CHIỀU
1.1. Các yêu cầu cơ bản đối với máy ngắt
1.2. Trình tự tính toán
1.3. Các tham số chính cho trước khi tính toán
1.4. Một số kinh nghiệm khi chọn kiểu máy ngắt
1.5. Sơ đồ kết cấu máy ngắt
Chương 2

5

7
9
11
20


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN CHUNG CỦA MÁY NGẮT
2.1. Các tham số cho trước khi tính toán cách điện chung
2.2. Phương pháp tính gần đúng cách điện chung
2.3. Phương pháp tính gần đúng sự phân bố điện áp cho từng khoảng ngắt trên một
cực
2.4. Ví dụ về cách tính cách điện chung

25
29
31
37

Chương 3
TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CỦA MÁY NGẮT
3.1. Khái niệm chung
3.2. Tính điện động mạch vòng dẫn điện
3.3. Tính toán nhiệt của mạch vòng dẫn điện
3.4. Tính toán gần đúng sự phát nóng thanh dẫn điện sứ vào
3.5. Tính toán gần đúng hệ thống dẫn điện bình chứa của máy ngắt không khí
3.6. Tính toán các tiếp điểm

40

40
50
55
61
66

Chương 4
TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ VÀ ĐẶC TUYẾN CƠ BẢN CỦA CÁC THIẾT
BỊ DẬP HỒ QUANG TRONG MÁY NGẮT KHÔNG KHÍ
4.1. Khái niệm chung về tính toán các thiết bị dập hồ quang
4.2. Đặc tuyến chung của quá trình dập hồ quang khi thổi dọc
4.3. Tính toán lượng không khí (khí) chảy qua miệng ống có hồ quang điện
4.4. Tính toán gần đúng công suất ngắt và sự phục hồi độ bền điện ở khoảng giữa hai
tiếp điểm

76
77
79
87

4.5. Các nguyên lý cơ bản về cách tính kết cấu các buồng dập hồ quang có thổi
không khí dọc dùng shun điện trở
4.6. Kết cấu các thiết bị dập hồ quang có thổi không khí dọc

103
110

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
5.2. Tính công suất và năng lượng của hồ quang trong quá trình tạo thành khí khi dập
tắt hồ quang trong dầu
5.3. Tính áp suất trong bình có chứa khi dạng bong bóng hơi khép kín
5.4. Tính áp suất trong bình chứa khi hỗn hợp và khí hơi chảy từ bình ra
5.5. Tính độ bền điện phục hồi của khoảng hồ quang
5.6. Phương pháp gần đúng tính quá trình dâng dầu trong bình chứa sau khi đã dập
tắt hồ quang
5.7. Trình tự tính toán các bình chứa thổi dầu tự động

117
123
128
131
136
140
141

Chương 6
TÍNH TOÁN KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG CỦA MÁY NGẮT TỰ
SINH KHÍ
6.1. Đặc tính chung của quá trình dập hồ quang của máy ngắt tự sinh khí
6.2. Tính gần đúng các đặc tính cơ bản của thiết bị dập hồ quang tự sinh khí
Chương 7
TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ DẬP HỒ QUANG BẰNG TỪ TRONG MÁY

143
145

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

NGẮT KHÔNG KHÍ
7.1. Đặc tính chung của quá trình dập hồ quang được làm lạnh trong buồng dập hồ
quang kiểu rãnh
7.2. Ngắt mạch điện cảm bằng buồng dập hồ quang kiểu rãnh
7.3. Tính tốc độ chuyển động của hồ quang dưới ảnh hưởng của từ trường ngang
trong buồng dập hồ quang kiểu rãnh
7.4. Tính sự phát nóng các bức thành của rãnh bình chứa và tính dòng điện ngắt
7.5. Chọn và tính các kích thước chính và đặc tuyến cơ bản của bình chứa có buồng
dập hồ quang kiểu rãnh dập bằng từ
7.6. Kết cấu các thiết bị dập hồ quang bằng từ trong rãnh hẹp

151
153
156
161
164
166

Chương 8
PHƯƠNG PHÁP TÍNH CÁC ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC CƠ BẢN CỦA
MÁY NGẮT KHÔNG KHÍ
8.1. Đại cương
8.2. Tính sự bơm đầy không khí nén vào buồng dập hồ quang
8.3. Tính không khí chảy từ bình chứa ra khí quyển
8.4. Tính không khí chảy từ thể tích giới hạn ra ngoài trong lúc áp suất giảm
8.5. Sự bơm đầy không gian làm việc hình trụ của bộ phận cơ khí chảy bằng hơi
8.6. Ví dụ tính sự bơm đầy buồng dập hồ quang của máy ngắt không khí điện áp
110kV

169
169
178
180
182
187

Chương 9
KẾT CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ CỦA
MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP
9.1. Các sơ đồ động học của truyền động cơ khí
191
9.2. Các tham số cho trước để tính truyền động cơ khi mở bằng lò xo
9.3. Tính toán động lực học của truyền động cơ khí mở bằng lò xo
9.4. Tính toán động lực học của bộ phận cơ khí chạy bằng hơi của buồng dập hồ
quang máy ngắt không khí

195
202
218

Phụ lục1: Một số loại máy ngắt dầu đang sử dụng ở Việt Nam
Phụ lục2: Một số loại máy ngắt SF6 đang sử dụng ở Việt Nam
Tài liệu tham khảo

222
228
234

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.

ΠPOEKTỉPOBAHỉE BKΛþ÷ATEΛEĨ ΠEPEMEHHOΓO TOKA BCOKOΓO HAΠPÿưEHỉÿ ê.A.KYKEKOB-MOCKBA 1961
TEOPỉÿ ÝΛECTPỉ÷EKỉx AΠΠAPATOB -Γ. H. AỊEKCAHÔPOB-MOCKBA Bcaÿ KOỊA1985.
THIẾT KẾ MÁY NGẮT CAO ÁP - Bộ môn Máy điện- Khí cụ điện - Đại học Bách khoa Hà Nội
- 1978.
High Voltage Circuit Breakers Design and Applications- Ruben D. Gazon- New York 1996.
Cẩm nang thiết bị đóng cắt - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật -Hà Nội - 1998.
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ MÁY NGẮT DẦU - Lưu Mỹ Thuận- Bộ môn Máy điện - Khí cụ
điện - Đại học Bách khoa Hà Nội - 1976.
Giáo trình Khí cụ điện, dùng cho ngành Điện khí hóa- Đại học Bách khoa Hà Nội - 1979.
Giáo trình THIẾT BỊ ĐIỆN- Lê Thành Bắc- Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật- Hà Nội- 2001.
Low Oil Content Circuit - Breakers for Outdoor Stations 10...72.5 kV. E.I.B.

SF6 Circuit - Breakers with Spring Operating Mechanism 72.5... 170 kV. AEG.
Gas - Insulated Switchgear 72.5... 525 kV. AEG.
Metal - Enclosed, SF6 - Gas Insulated High Voltage Switchgear (V.I.S.). series B3 up to 420kV.
AEG.
Quy trình vận hành và bảo dưỡng các loại máy ngắt dầu- Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật-Hà
Nội -1996.
Quy trình vận hành và bảo dưỡng máy ngắt SF6-Tổng công ty Điện lực Việt Nam- Hà Nội -1998.


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

CHƯƠNG 1
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG KHI TÍNH TOÁN MÁY NGẮT CAO ÁP ĐIỆN
XOAY CHIỀU
1.1. CÁC YÊU CầU CƠ BảN ĐốI VớI MÁY NGắT
Trong các hệ thống điện cao áp, máy ngắt là thiết bị đóng mở cơ khí có khả năng
đóng, dẫn liên tục và cắt dòng điện trong điều kiện bình thường và bất thường của mạch
điện, ví dụ như ngắn mạch.
Ngắt dòng điện ngắn mạch là chế độ làm việc nặng nề nhất và cơ bản của máy ngắt.
Song qúa điện áp sinh ra khi ngắt dòng điện bé của máy biến áp không tải, ngắt dòng điện
dung của đường dây dài và nhiều trường hợp khác cũng là điều kiện làm việc nặng nề cho
máy.
Theo nguyên tắc, hệ thống dẫn điện của máy ngắt nối tiếp với mạch điện của các
thiết bị điện cao áp. Khi đó các bộ phận kết cấu cơ bản của máy ngắt cần phải chịu được sự
tác động nhiệt, điện từ trong khi làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch, phải chịu
được trường tĩnh điện tác động vào cách điện lúc điện áp định mức và cả trong lúc quá điện
áp. Trong quá trình làm việc của máy ngắt còn có những hiện tượng sinh ra phụ tải nhiệt,

cơ và điện tác động vào từng bộ phận riêng của kết cấu máy ngắt (sự cháy của hồ quang
điện khi ngắt, sự tăng áp suất của chất khí và chất lỏng trong không gian công tác, các bộ
phận cơ chuyển động với gia tốc lớn gây va đập và nhiều những tượng khác).
Trong trường hợp các kết cấu của máy ngắt không tính đến điều kiện bất thường thì
mỗi yếu tố đã kể trên có thể là nguyên nhân sinh hư hỏng từng bộ phận hay toàn bộ máy
ngắt.
Máy ngắt phải đảm bảo hoạt động an toàn, tin cậy trong chế độ bình thường cũng
như bất thường, nên các bộ phận kết cấu của nó phải tuyệt đối ổn định đối với tác động
nhiệt và lực điện động, cũng như đối với tác động của điện áp đã được tính toán.
Yêu cầu chung đối với máy ngắt điện cao áp là
1) Các đặc tính máy ngắt phải tương ứng với những yêu cầu cho trước của nó.
2) Tất cả các bộ phận kết cấu của máy ngắt trong thời gian vận hành phải làm việc.
Các yêu cầu chung đối với máy ngắt cao áp được nêu trong các tiêu chuẩn như
ΓOCT 687-41 hay các tiêu chuẩn khác.
Ngoài những yêu cầu chung, trong các trường hợp riêng cũng có những yêu cầu
đặc biệt đối với máy ngắt, phụ thuộc vào điều kiện riêng mà máy ngắt làm việc. Ví dụ:
1) Khả năng làm việc ở vùng ẩm ướt, nhiều bụi bặm và có chất nổ.
2) Khả năng làm việc ở vùng rất cao hơn mặt biển.
3) Khả năng làm việc ở các thiết bị di động (đầu máy xe lửa điện, tàu thủy, ...).
4) Thích hợp với điều kiện làm việc ở nhiệt độ rất thấp.
Do ngành hệ thống điện ngày càng phát triển, máy ngắt là một trong những bộ phận
quan trọng nhất của hệ thống, các chỉ tiêu kĩ thuật vận hành yêu cầu ngày một cao hơn như:
tăng dòng điện định mức, tăng công suất ngắt, nâng cao tác động nhanh, tác động nhanh

5


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

nhiều lần của TĐL (đóng lặp lại tự động), tăng độ chống ăn mòn của các bộ phận cơ và của

cách điện, vận chuyển, lắp ráp, vận hành thuận tiện, an toàn về nổ và hỏa hoạn ...
Trong khi tính toán máy ngắt hiện đại cần đặc biệt lưu ý đến vấn đề nâng cao các
chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật, trọng lượng ít nhất trên một đơn vị công suất ngắt. Kết cấu của
máy ngắt cần phải đơn giản, vững chắc, các chi tiết và các khâu kết cấu trong tất cả các loại
máy ngắt phải thống nhất và cần phải áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến. Trong
chế tạo sử dụng các nguyên liệu có tính cơ, tính điện, tính nhiệt cao và kinh tế nhất (chịu
plasma, nguyên liệu tiếp điểm đặc biệt, đồ gốm có độ bền cao, ...).
Tất cả các yêu cầu kể trên cần được chú ý đến trong lúc tính toán.
Những điểm đặc biệt chú ý trong khi nghiên cứu máy ngắt:
1) Ngắt dòng điện ngắn mạch giới hạn là chế độ làm việc của máy ngắt trong tính
toán.
2) Trong nhiều trường hợp một mối kết cấu hay chi tiết có thể có một vài nhiệm vụ.
Ví dụ: bộ phận dẫn điện bị nung nóng bằng dòng điện có thể thường xuyên chịu phụ tải cơ
rất lớn và chịu lực kéo,...
3) Trong tính toán các khâu cơ bản và các đặc tính liên quan nhau khá phức tạp,
như lực biến đổi của lò xo trong quá trình chuyển động của bộ phận cơ khí, áp suất biến đổi
của khí trong buồng dập hồ quang và lực điện động tác động vào các phần dẫn điện của nó.
Phương pháp để tính chính xác rất phức tạp, cho nên trong tính toán phải đơn giản hóa
bằng các phương pháp gần đúng.
4) Cần đặc biệt chú ý trong khi tính toán các thiết bị dập hồ quang.
Trong ngành chế tạo thiết bị điện hiện nay các phương pháp tính chính xác thiết bị
dập hồ quang chưa có, cho nên trong tính toán người ta sử dụng các tham số thực nghiệm
và thử khả năng ngắt của máy ngắt.
Mặc dù phương pháp tính gần đúng đôi khi chỉ cho định hướng, nhưng cũng cần
được hoàn chỉnh và áp dụng rộng rãi trong thiết kế máy ngắt cao áp, cho phép rút ngắn thời
gian cần thiết để hoàn thành kết cấu máy ngắt trong các phòng thí nghiệm và trên các mô
hình. Trong ngành chế tạo máy ngắt có nhiều biện pháp dập hồ quang, không những kết
cấu của thiết bị dập hồ quang có nhiều kiểu mà còn có nhiều kiểu máy ngắt. Biện pháp dập
hồ quang khác nhau theo kiểu máy ngắt được xác định bằng các tham số cho trước và các
kiểu điều khiển vận hành ( điện áp định mức, dòng điện định mức, công suất ngắt, tần

số,...).
Giải quyết sơ bộ ba vấn đề cơ bản sau có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong lúc
tính toán gồm:
1) Chính xác hóa các tham số cho trước.
2) Chọn kiểu máy ngắt.
3) Chọn và chính xác hóa sơ đồ kết cấu.
Trong sản xuất máy ngắt cao áp công suất ngắt lớn hay loại máy ngắt mới thì cách
chọn kiểu và sơ đồ kết cấu đóng vai trò quyết định.
Theo kinh nghiệm khi tính toán, sản xuất, lắp ráp và vận hành máy ngắt cao áp đã
hình thành một số hình dáng kết cấu của các chi tiết riêng, từng bộ phận và toàn bộ thiết bị
cũng như công nghệ điển hình sản xuất máy ngắt. Trong lúc tính toán các kiểu máy ngắt

6


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

mới các biện pháp kĩ thuật đã có đều cần được chú ý, phải nâng cao yêu cầu và áp dụng
những thành tựu mới nhất của khoa học công nghệ vào sản xuất. Nhiệm vụ của nhà chế tạo
là phải tìm ra những giải pháp tính toán, kết cấu mới hợp lí hơn trên cơ sở nghiên cứu các
hiện tượng vật lí, sử dụng các tham số thí nghiệm, áp dụng các cách tính và các thành tựu
trong lĩnh vực công nghệ chế tạo.
Cần phải chú ý đến các xu hướng hiện đại trong lĩnh vực tính toán trạm phân phối
các thiết bị cao áp, sơ đồ của trạm có ảnh hưởng đến hình dáng kết cấu, kích thước, các chỉ
tiêu và các đặc tính khác của máy ngắt.
1.2. TRÌNH Tự TÍNH TOÁN
Quá trình thiết kế máy ngắt cao áp gồm ba giai đoạn cơ bản.
1. Tính toán phác thảo
Các yêu cầu kĩ thuật đối với máy ngắt phải tính toán cần được xác định rõ, tìm ra
các giải pháp lợi nhất và dự định những kiểu có thể áp dụng, các phương án kết cấu.

2. Tính toán kĩ thuật
Quyết định kiểu áp dụng và phương án kết cấu, tiến hành các tính toán cần thiết và
tính toán các khâu, các chi tiết của máy ngắt. Chuẩn bị tài liệu kĩ thuật để sản xuất thử.
3. Tính toán chế tạo
Trong giai đoạn này trên cơ sở kinh nghiệm sản xuất và các tham số mẫu tiến hành
chính xác hóa kết cấu và vẽ các bản vẽ thi công để sản xuất mẫu. Chuẩn bị tài liệu công
nghệ cần thiết để sản xuất hàng loạt.
Thường người ta tiến hành những thí nghiệm nghiên cứu và thử các hình mẫu, các
chi tiết các khâu và máy ngắt mẫu cho cả ba giai đoạn.
Sau đây giới thiệu thứ tự giải quyết các vấn đề đó khi không có những tham số định
hướng về kết cấu và kích thước của thiết bị dập hồ quang:
1) Chính xác hóa các tham số cho trước đối với máy ngắt được tính toán.
2) Chọn kiểu máy ngắt.
3) Tính toán thiết bị dập hồ quang, định hướng hình dáng kết cấu và xác định kích
thước sơ bộ của nó.
4) Lập sơ đồ kết cấu của máy ngắt.
5) Tính toán cách điện của máy ngắt và xác định kích thước mạch vòng dẫn điện,
khoảng cách cách điện và kích thước của các bộ phận cách điện trụ.
6) Tính toán các khâu cơ bản gồm:
a) Tính lực điện động tác động vào từng bộ phận mạch vòng dẫn điện của
máy ngắt được tính toán trong điều kiện vận hành.
b) Tính sự phát nóng khi làm việc dài hạn do dòng điện định mức, tính độ
bền vững của các bộ phận mạch vòng dẫn điện khi tác động của dòng điện ngắn mạch và
tính toán các bộ phận đó.
c) Tính sự phát nóng do dòng điện định mức và tính độ bền vững của hệ
thống tiếp điểm máy ngắt khi ngắn mạch.
d) Tính và xác định kết cấu sứ cách điện của máy ngắt.

7

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

đ) Tính đặc tính khí động học của máy ngắt (trong trường hợp tính toán máy
ngắt không khí).
e) Tính và xác định các bộ phận truyền động cơ khí.
g) Tính và xác định các kết cấu trụ đỡ, thùng chứa, vỏ, ống dẫn, các bộ phận
điều khiển bằng thủy lực hay bằng hơi.
h) Xác định các đặc tính cơ khí cho trước để chọn cách truyền động (nếu
máy ngắt không có truyền động hơi bên trong).
i) Vẽ phác thảo về kết cấu máy ngắt.
Trong trường hợp đã biết tham số định hướng về thiết bị dập hồ quang thì việc tính
sơ bộ thiết bị dập hồ quang không cần thiết.
Trong nhiều trường hợp khi tính toán những khâu, chi tiết phức tạp thì việc tính
toán các bộ phận riêng được tiến hành song song, ví dụ:
- Tính toán nhiệt các tiếp điểm dập hồ quang tiến hành song song với tính các thiết
bị dập hồ quang.
- Khi tính toán cách điện của máy ngắt phải xác định luôn kiểu cách điện.
- Khi tính thanh dẫn điện của sứ cần thiết phải có các tham số về các kích thước và
kết cấu cách điện của sứ xuyên.
1.3. CÁC THAM Số CHÍNH CHO TRƯớC KHI TÍNH TOÁN
Các tham số chính cho trước của máy ngắt tính toán được xác định bằng những
điều kiện vận hành sau:
1) Điện áp định mức.
2) Dòng điện định mức.
3) Các dòng điện ngắt.
4) Công suất ngắt trong điều kiện cho trước (trong chu trình thao tác có tính chất
tiêu chuẩn, tần số của điện áp phục hồi, ...).
5) Hằng số thời gian của máy ngắt.
6) Thời gian ngắt máy ngắt.

7) Độ bền vững nhiệt của máy ngắt.
8) Dòng điện qua giới hạn khi ngắt ngắn mạch và độ bền vững của máy ngắt lúc
ngắt mạch.
9) Dòng điện đóng giới hạn.
10) Thời gian đóng.
11) Chu trình thao tác.
12) Loại bệ đặt và chỗ đặt trong hệ thống.
Những yêu cầu của máy ngắt được tính toán rút ra từ các điều kiện công tác đặc
biệt, các yêu cầu đó cần được chú ý trong khi tính toán.
Các giá trị của điện áp định mức, dòng điện định mức và công suất ngắt định mức,
thời gian ngắt hoàn toàn, được qui định trong các tiêu chuẩn (như ΓOCT 687-41):
- Điện áp định mức: 3, 6, 10, 15, 20, 35, 110, 150, 220,... kV.
- Dòng điện định mức :200, 400, 600, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000,... A.

8


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

- Công suất ngắt định mức : 15, 20, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 500, 750, 1000,
2000, 2500,... MVA.
- Thời gian ngắt hoàn toàn:
+ Với máy ngắt tác động nhanh thì không quá 0,08 s.
+ Với máy ngắt tác động tăng cường thì không quá 0,15s.
+ Với máy ngắt tác động không nhanh thì lớn hơn 0,15s.
Để nâng cao các yêu cầu đối với máy ngắt cao áp điện xoay chiều hiện nay đang có
nhiều tiêu chuẩn khác có thang của điện áp định mức, dòng điện và công suất ngắt được mở
rộng đến 800 kV, 12000 A và 25000 MVA. Trong tiêu chuẩn này đặc biệt chú ý đến sự
chính xác hóa các yêu cầu đối với thời gian ngắt hoàn toàn và sự tiêu chuẩn hóa công suất
ngắt có tính tới sự không đối xứng của dòng điện ngắn mạch và tần số dao động của điện

áp phục hồi.
Theo tiêu chuẩn thời gian ngắt hoàn toàn của máy ngắt được chia ra ba loại: không
quá 0,06 s, không quá 0,1s và hơn 0,1s.
Các tiêu chuẩn của tần số điện áp phục hồi (chế độ qúa độ) trong bảng 1-1.
Độ bền nhiệt biểu hiện bằng dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua các bộ phận dẫn
điện trong khoảng thời gian cho trước có phát nóng không vượt mức cho phép. Độ bền
nhiệt không phải là đặc tính cho trước mà được xác định khi kiểm tra độ phát nóng bằng
dòng điện định mức làm việc dài hạn sau khi tính các bộ phận dẫn điện.
Bảng 1-1: Các tiêu chuẩn của tần số điện áp phục hồi

Tần số giao động
riêng (lớn hơn)
kHz

Trong giới hạn từ 100 đến
50% công suất ngắt
Kém hơn 50% công suất
ngắt

6

10

Điện áp định mức, kV
15
20
35
110

150

220

8

6

4,5

3

2

1

0,8

0,6

20

15

12

9

7

3

2,5

2

Dòng điện ngắn mạch chạy qua lớn nhất trong thời gian rất ngắn không làm máy
ngắt hư hỏng gọi là dòng điện giới hạn của máy ngắt.
Trị số dòng điện ngắn mạch giới hạn được đánh giá bằng trị số biên độ và giá trị
hiệu dụng của dòng điện ở chu kì thứ nhất, khi đó tỉ số biên độ và giá trị hiệu dụng được
xác định theo công thức:
I 2 + Ic
KP = a
I a2 + I c2
Ia : giá trị hiệu dụng của thành phần chu kì.
Ic : giá trị trung bình của thành phần không chu kì.
Ti lệ giữa trị số của dòng điện giới hạn (In) và dòng điện ngắt giới hạn (I0) có thể
tìm theo đường cong giảm dần của dòng điện ngắn mạch khi biết trước giá trị của thời gian
ngắt hoàn toàn. Đánh giá gần đúng ti lệ này xác định theo công thức:

9


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

I n = K nI 0
Kn : hệ số tính toán, trị số của nó phụ thuộc vào thông số lưới điện và tác động ngắt
nhanh, có thể lấy một cách gần đúng bằng 1,3 ÷ 1,6.
Trị số biên độ của dòng điện ngắt giới hạn được tính toán khi thiết kế, với dòng điện
này khi ở điện áp định mức máy ngắt làm việc ổn định, trị số này cũng được xem là trị số
hiệu dụng của dòng điện đóng cho phép. Biên độ dòng điện đóng xác định một cách định

hướng bằng cách nhân trị số dòng điện ngắt giới hạn với 1,8 2 . Trong nhiều trường hợp
trị số dòng điện đóng phụ thuộc vào các đặc tính truyền động của mạch ngắt.
Trong khi tính toán từng khâu cần phải có thêm hàng loạt các thông số phụ cho
trước. Ví dụ: áp suất làm việc trong các bình chứa của máy ngắt hay của truyền động (trong
trường hợp truyền động bằng khí), điện áp làm việc ở các đầu của cuộn dây truyền động,
mức độ gió (để xác định phụ tải gió) ở vùng đặt thiết bị, mức giảm nhiệt độ lớn nhất của
chuyển động có hệ thống tiếp xúc, ...
Ảnh hưởng của tất cả các nhân tố đó đến kết cấu và đặc tính máy ngắt sẽ được
nghiên cứu ở các chương sau. Các tham số cho trước đối với máy ngắt sản xuất hàng loạt
được xác định trong kết quả nghiên cứu, các yêu cầu của ngành sử dụng và khai thác có
tính đến sự phát triển sau này.

1.4. MộT Số KINH NGHIệM KHI CHọN KIểU MÁY NGắT
Tính chọn kiểu máy ngắt theo các tham số cho trước là một nhiệm vụ phức tạp và
quan trọng, nhiệm vụ đó yêu cầu giải quyết kịp thời với những đặc tính đặc biệt và các chỉ
tiêu kĩ thuật vận hành, kinh tế kĩ thuật của các kết cấu hiện có.
Trước hết cần phải tính đến các điều kiện làm việc của máy ngắt, các xu hướng hiện
đại trong khi tính toán máy ngắt sản xuất hàng loạt. Vấn đề này cũng không kém phần quan
trọng trong khi xác định các kết cấu mới của máy ngắt có tham số thật cao (điện áp 330kV
và cao hơn, dòng điện định mức trên 13000A).
Khi chọn cần phải tiến hành:
1) So sánh các chỉ tiêu của các kiểu máy ngắt hiện có với những tham số cho trước.
2) Đánh giá khả năng thực tế và lí thuyết ở kết cấu của kiểu được chọn với các đặc
tính yêu cầu cho trước.
Dưới đây giới thiệu sự phân loại và một vài kinh nghiệm có tính chất định hướng
theo sự đánh giá so sánh các kiểu máy ngắt cao áp điện xoay chiều.
Về phương diện chọn kiểu người ta phân loại máy ngắt:
1) Theo loại môi trường dập hồ quang.
2) Theo cách dập hồ quang.
3) Theo phương pháp cách điện ở chỗ cao áp của các phần dẫn điện.

4) Theo điện áp định mức.
5) Theo dòng điện định mức.
6) Theo công suất ngắt định mức.
7) Theo quan hệ về kết cấu của bộ phận truyền động cơ khí của máy ngắt.

10


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

8) Theo thang tỏc ng nhanh.
9) Theo s tin li cho TL tc thi.
bng 1 - 2 gii thiu s phõn loi mỏy ngt theo loi mụi trng dp h quang v
theo cỏch dp h quang. Bng 1 - 3 gii thiu cỏc c im, u v khuyt im ca cỏc
kiu mỏy ngt c bn cỏc thang in ỏp khỏc nhau.
Theo in ỏp nh mc ngt cú th chia ra lm hai nhúm chớnh:
- Mỏy ngt in ỏp 35kV v cao hn (mỏy ngt trm bin ỏp).
- Mỏy ngt in ỏp 20kV v thp hn ( mỏy ngt mỏy phỏt).
4

5
3

2

1
Hỗnh 1-1. Maùy ngừt khọng khờ.
1. Bỗnh khờ neùn; 2. Buọửng dỏỷp họử quang; 3. ióỷn trồớ sun; 4. Tióỳp õióứm chờnh; 5. Bọỹ phỏỷn
caùch ly.

Mỏy ngt trm bin ỏp l nhúm ln, thng dũng in nh mc nh hn 2000A.
Vi loi ny yờu cu kh nng ngt rt cao (bộ hn 20.000 MVA) tỏc ng nhanh, tin li
i vi TL tc thi v nhiu c tớnh khỏc.
Mỏy ngt trm bin ỏp thng s dng cỏc loi mỏy ngt sau:
1) Mỏy ngt khụng khớ (mỏy ngt khụng khớ tr).
2) Mỏy ngt ớt du.
3) Mỏy ngt nhiu du.
Hin nay cú mỏy ngt kiu elegas (SF6) cú kh nng dp h quang rt cao, khớ SF6
c s dng lm mụi trng dp h quang. Kiu mỏy ngt ny cú nhng c tớnh k thut
vn hnh v kinh t k thut rt cao. So sỏnh cỏc tham s bng 1, 2, 3 v theo ti liu hin

11


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

có thể kết luận máy ngắt không khí ưu việt hơn các loại máy ngắt khác, đặc biệt đối với
máy ngắt có điện áp định mức 110kV và cao hơn. Ở các trạm biến áp việc tạo khí nén cho
máy ngắt không khí làm việc không khó khăn, vì trong các trạm phân phối điện cao áp, hệ
thống các máy ngắt, các cầu dao điều khiển bằng hơi là hợp li nhất, hoàn chỉnh và thuận
tiện nhất cho việc tự động hóa. Tuy thế do đòi hỏi gia công chính xác, nên giá thành máy
ngắt không khí cao hơn máy ngắt ít dầu cùng một chỉ tiêu trọng lượng.
Máy ngắt ít dầu về mặt kĩ thuật và kinh tế dùng cho những nơi không có yêu cầu
cao trong hệ thống điện. Ở đây các yêu cầu về trị số công suất ngắt, những đặc tính vận
hành khác (tác động rất nhanh, TĐL tức thời, nhiều lần, ngắt một cách tin cậy dòng điện
điện dung nhỏ, cho phép thường xuyên kiểm tra và thay đổi hệ thống tiếp xúc, ...) có thể ít
hơn.
Bảng 1-2: Phân loại máy ngắt theo môi trường dập hồ quang và cách dập hồ quang
Loại môi
trường dập

hồ quang.
1

Dầu

Chất lỏng
không cháy
(nước)
1
Chất rắn
sinh ra khí

Cách dập hồ
quang

Kiểu thiết bị
dập hồ quang

Kiểu máy
ngắt

2
Dập hồ
quang trong
dầu
Làm lạnh
hồ quang
trong buồng
của sản
phẩm tạo

thành khí
tách rời từ
dầu (hỗn
hợp khí hơi)
Làm lạnh
thân hồ
quang
trong luồng
hơi nước
2
Làm lạnh
thân hồ
quang trong
luồng của
sản phẩm
tạo thành khi
tách ra từ
chất rắn sinh

3
Tiếp xúc đứt
quãng đơn
giản trong dầu

4
Nhiều dầu

buồng có bộ
phận thổi dọc
hay ngang

trong dầu

bức phên dập
hồ quang
buồng có bộ
phận thổi
trong nước
bức phên dập
hồ quang
3
Buồng có bộ
phận thổi dọc
hay ngang

Các tham số định hướng
Điện áp
Dòng điện
Công suất
định mức
định mức A ngắt định
kV
mức , MVA
5
6
7
10
1500
50

Nhiều dầu cả

buồng dập
hồ quang
Ít dầu

ít dầu kiểu
chậu
ít nước
nước kiểu
chậu
4
Tự động khí

35
110
330
10
35
110
330
15
(20)
15

2000
2000
2000
1500
1500
2000
2000

6000

1000
5200
25000
300
1000
2500
10000
2500

600

300

15

2000

1500

5

6
10

7
600

300

12


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Không khí
nén

Không khí
và mặt
phẳng làm
lạnh của các
thành buồng

Không khí
và mặt
phẳng làm
lạnh các
điện cực.
SF6
Chân không

khí
Làm lạnh
thân hồ
quang trong
luồng
không khí
nén

Chuyển dịch
bằng từ
trường
ngang và
làm lạnh
thêm hồ
quang trong
khe buồng.
Chia thân hồ
quang ra
nhiều phần
liên tiếp bởi
chuyển dịch
bằng từ
trường.
Làm lạnh
hồ quang
trong elegas
Phân tích
thêm hồ
quang trong
chân không

Không khí
Buồng thổi
không khí dọc
hay ngang
Buồng thổi
dọc có điện

trở shun.

10
35
110
400
10

2000
2000
2000
2000
400

3000
1500
5000
25000
2550

15

12000

4000

15

4000

7500

15

2000

1000

Buồng kiểu
khe với hệ
thống từ
trường thổi.

Tự động
điều khiển
bằng hơi
Không khí
có điện trở
shun
Không khí
điện từ với
buồng có
khe.

Buồng với sự
làm lạnh bằng
lưới với hệ
thống từ
trường thổi.

Không khí
điện từ với
những tấm
lưới dập hồ
quang.

Buồng thổi
elegas dọc hay
ngang
Chân không
dập hồ quang

ele gas

380kV và
cao hơn

2000

40000

Chân không

110 và cao
hơn

600

250

Theo các tham số cơ bản ( điện áp định mức, dòng điện, công suất ngắt) máy ngắt
kiểu nhiều dầu tương đương với máy ngắt không khí, đặc biệt là sau khi kết cấu máy ngắt
kiểu nhiều dầu đã có nhiều cải tiến.
Bảng 1-3: So sánh về chất lượng các kiểu máy ngắt
Kiểu máy
ngắt và điện
áp định mức
1
Nhiều dầu có
buồng dập hồ
quang điện áp
110kV và cao

Các ưu việt cơ bản

Các nhược điểm cơ bản

2
1. Cơ cấu tương đối đơn giản.
2. Có khả năng đặt máy biến dòng
ở bên trong.
3. Năng lực ngắt cao.

3
1. Không an toàn về hỏa hoạn và phát nổ
2. Cần phải kiểm tra thường xuyên trạng thái dầu
trong bình và trong các sứ vào cao áp.
3. Khối lượng dầu lớn yêu cầu thời gian khá dài để

13

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

hơn

4. Thích hợp với các trạm ngoài
trời.

Máy ngắt dầu
35 kV và cao
hơn.

1. Khối lượng dầu không lớn.
2. Trọng lượng tương đối nhẹ.
3. Cơ cấu rất đơn giản so với máy
ngắt không khí
4. Giá thành tương đối thấp.
5. Thích hợp cho các trạm trong
nhà và ngoài trời.
6. Nhẹ hơn máy ngắt kiểu nhiều
dầu ở điện áp 35 kV và cao hơn.
7. Có khả năng tạo thành một thể
thống nhất.

1
Máy ngắt
không khí
35 kV và cao
hơn.

2
1. An toàn về hỏa hoạn và phát nổ.
2. Tác động nhanh và thích hợp
cho TĐL trong bất kì chu trình
nào.
3. Năng lực ngắt cao.
4. Ngắt dòng điện điện dung của
đường dây không tải vững chắc.
5. Các tiếp xúc dập hồ quang mòn
ít.
6. Thiết bị dập hồ quang dễ tiếp
xúc và kiểm tra chúng đơn giản.
7. Trong vận hành không phải tiêu
tốn dầu cho máy ngắt.
8. Trọng lượng tương đối nhẹ (so
sánh với máy ngắt kiểu nhiều dầu).
9. Có khả năng tạo thành một loạt
với những khâu lớn thống nhất.
10. Thích hợp cho cả trạm ngoài
trời và trong nhà.
1. Hoàn toàn an toàn về hỏa hoạn
và phát nổ.
2. Không cần dầu do đó việc vận
hành đơn giản.

Máy ngắt kiểu
tự sinh khí.

kiểm tra buồng dập hồ quang và hệ thống tiếp xúc.

Thời gian thay dầu lớn.
4. Trong trạm biến áp cần thiết phải dự trữ dầu
nhiều và các trang bị lọc dầu rất qui mô.
5. Thực tế không thích hợp với các trạm trong nhà
máy.
6. Ít thích hợp cho TĐL tức thời nhiều lần trong chu
trình.
7. Các tiếp xúc dập hồ quang lớn.
8. Chi phí nhiều.
9. Trọng lượng lớn không thuận tiện cho chuyên
chở lắp ráp.
10. Không có khả năng tạo thành thể thống nhất với
sự áp dụng những mối lớn.
1. Không an toàn về hỏa hoạn và phát nổ, nhưng ít
hơn ở các máy ngắt trên.
2. Thực hiện TĐL tức thời nhiều lần phức tạp.
3. Thực hiện nấu lại dầu khó khăn.
4. Cần kiểm tra và thay đổi thường xuyên dầu trong
bình dập hồ quang.
5. Các tiếp xúc dập hồ quang tương đối lớn.
6. Không thích hợp với trường hợp ngắt thường
xuyên.
7. Đặt máy biến dòng bên trong khó khăn.
8. Năng lực ngắt giới hạn.
3
1. Ở trạm biến áp cần thiết phải có các thiết bị nén
và lọc không khí.
2. Cơ cấu chi tiết và các khâu tương đối phức tạp,
mức độ chính xác gia công cao.
3. Giá thành tương đối cao.

4. Đặt máy biến dòng bên trong khó.

1. Giới hạn phía trên của điện áp định mức bị hạn
chế (bé hơn 15kV).
2. Mòn các bộ phận sinh khí, nên thay đổi đặc tính
của thiết bị dập hồ quang, do đó phải kiểm tra trạng

14


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Máy ngắt kiểu
điện từ.

1. An toàn về hỏa hoạn và phát nổ.
2. Mòn các tiếp xúc dập hồ quang
và các bộ phận công tác của thiết
bị dập hồ quang.
3. Phù hợp với trạm ngắt thường
xuyên.
4. Năng lực ngắt tương đối cao.

thái thiết bị dập hồ quang.
3. Các tiếp xúc dập hồ quang mòn tương đối lớn.
4. Không phù hợp với trạm ngoài trời.
1. Cơ cấu thiết bị dập hồ quang với hệ thống từ thổi
tương đối phức tạp.
2. Giới hạn phía trên của điện áp định mức bị hạn
chế (không quá 20-35 kV).

3. Ít phù hợp đối với trạm ngoài trời.

Tuy vậy, đặc tính vận hành của máy ngắt dầu trong nhiều trường hợp kém hơn máy
ngắt không khí, ví dụ như là không an toàn về hỏa hoạn và phát nổ. Cho nên máy ngắt kiểu
này ít được sử dụng trong sản xuất và trong vận hành, đặc biệt cho điện áp 110 kV và cao
hơn.
Nhóm máy ngắt cho máy phát có đặc điểm là dòng điện định mức (bé hơn 12000A),
công suất ngắt định mức rất lớn (bé hơn 4000 MVA) cũng như dòng điện ngắt giới hạn (bé
hơn 150 kA).

15


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

A-A

140

125

120

A

A

Hçnh 1-2. Maïy ngàõt SF6 kiãøu S1-123F1.

Máy ngắt cho máy phát sử dụng máy ngắt ít dầu kiểu chậu, máy ngắt không khí

(không khí trụ) là ưu việt hơn cả. Về nguyên tắc mà nói cũng có thể có khả năng chế tạo
máy ngắt máy phát cho tham số trung bình, trên cơ sở của nguyên tắc dập hồ quang bằng
điện từ (cùng với buồng có khe hay cùng với tấm lưới).
Hiện nay máy ngắt kiểu nhiều dầu không áp dụng làm máy ngắt máy phát.
Máy ngắt ít dầu kiểu chậu về nguyên tắc cũng có thể chế tạo với dòng điện định
mức và công suất định mức rất lớn, có thể đạt tới giá trị lớn (đến 2500 MVA). Song đặc
tính vận hành của máy ngắt kiểu này kém máy ngắt không khí.
Nhiệm vụ sản xuất máy ngắt máy phát với tham số thật cao (dòng điện 12.000A,
công suất ngắt 4000 MVA) đặc biệt khó khăn. Trong trường hợp này máy ngắt không khí
có điện trở shun dập hồ quang bên trong là phù hợp hơn cả.

16


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Chỳng ta s rừ cỏc
1
chng sau, nh ỏp dng in tr
shun dp h quang trong quỏ trỡnh
ngt, mỏy ngt cú th d dng dp
2
tt h quang ln, mc dự tn s ca
6
in ỏp phc hi rt ln i vi cỏc
7
mỏy phỏt ca h thng in.
Mỏy ngt vi in ỏp nh
3
mc n 15 kV, dũng in nh

4
mc n 1500 A, vi cụng sut
ngt nh mc n 400 - 500 MVA
5
c xem l mỏy ngt cung cp.
Tt c cỏc kiu mỏy ngt k
sau u nm trong nhúm mỏy ngt
cung cp:
9
1) Nhiu du cú khong
ngt n gin.
2) Nhiu du cú bung dp
h quang.
3) t du ( trong ú cú kiu
8
chu).
4) t cht lng khụng chỏy.
5) T sinh khớ.
6) Khụng khớ.
Hỗnh 1-3. Mỷt cừt mọỹt pha maùy ngừt SF6 cỏỳp 110kV.
7) T ng iu chnh bng 1. Thanh dỏựn vaỡo; 2. Tióỳp õióứm laỡm vióỷc; 3. Xy lanh; 4.
hi.
Tióỳp õióứm laỡm vióỷc; 5. Thanh dỏựn ra; 6. Tióỳp õióứm
8) Khụng khớ dp h quang họử quang õọỹng; 7. ng caùch õióỷn chởu nhióỷt; 8. Loỡ xo
mồớ; 9. Sổù caùch õióỷn.
bng in t.
Mỏy ngt cung cp cú rt nhiu kiu khỏc nhau cho nờn rt khú ỏnh giỏ v la
chn. Trong thit k cn phi chỳ ý n cỏc vn sau. Trc ht cn phi bit mỏy ngt
cú th cú tỏc dng cho thit b khụng ch nh mỏy in m c cỏc trm bin ỏp ca h
thng ln, nhng ch yu l cỏc trm cung cp nng lng ca nh mỏy xớ nghip khai

thỏc hm m, ni khai thỏc than bựn, cụng nghip khai thỏc du,... cng nh trong mng
li nụng nghip. Cho nờn kt cu mỏy ngt ny cn phi ht sc n gin, vng chc
trong vn hnh, thun tin trong lp rỏp. Mỏy ngt phi sn xut hng lot gim giỏ
thnh.
Trong khi chn phng ỏn cn phi tớnh n ch nh t mỏy ngt ang tớnh toỏn.
Trc ht, mỏy ngt cung cp cú th t trm phõn phi ngoi tri ca nh mỏy in v
trm bin ỏp, trm phõn phi cú t, mch m ng c, cỏc trm bin ỏp ca mng
li cụng sut nh, cỏc trm bin ỏp nụng nghip kiu ngoi tri v cỏc trm bin ỏp
ngm ca hm m, ...

17


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Trong nhiều trường hợp máy ngắt cần phải đảm bảo đóng ngắt nhiều lần trong thời
gian một ngày đêm (ví dụ cho máy ngắt thiết bị lò điện).
Điều kiện làm việc khác nhau dẫn đến sự cần thiết phải sử dụng tất cả các kiểu máy
ngắt đã kể. Kinh nghiệm cho thấy rằng, hiện nay máy ngắt ít dầu và máy ngắt hồ quang dập
bằng điện từ là vạn năng và hoàn chỉnh. Cải tiến kết cấu và vật liệu cách điện mới vững bền
hơn làm cho máy ngắt điện từ được ứng dụng rộng rãi.
Cần phải đưa máy ngắt phụ tải vào nhóm đặc biệt. Chúng khác với máy ngắt cao áp
bình thường là ở công suất ngắt nhỏ, nhờ đó kết cấu đơn giản hơn, trọng lượng và giá thành
thấp hơn. Máy ngắt phụ tải cùng với cầu chì bằng giá máy ngắt cung cấp. Do có lợi về
kinh tế nên máy ngắt phụ tải được sử dụng rộng rãi.
Các kiểu máy ngắt phụ tải thường dùng:
1) Tự sinh khí.
2) Tự động điều khiển bằng hơi.
3) Điện từ.
Máy ngắt chân không cũng đã được áp dụng trong sản xuất (và thể hiện có nhiều ưu

điểm khi ứng dụng công nghệ màng nhún cho buồng chân không).
1.5. SƠ Đồ KếT CấU MÁY NGắT
Mỗi kiểu máy ngắt có thể được thực hiện với nhiều phương án kết cấu khác nhau,
nhưng mỗi phương án trình bày dưới dạng một sơ đồ biểu hiện các đặc điểm chính của kết
cấu đó.
Sơ đồ kết cấu cần phải thể hiện:
1) Số lượng khoảng ngắt dòng điện trong mỗi pha, cách bố trí tương đối của tiếp
điểm.
2) Số lượng, vị trí và cách bố trí tương đối của thiết bị dập hồ quang.
3) Kết cấu của mạch dẫn điện và cách bố trí tương đối của các bộ phận dẫn điện.
4) Phương pháp cách điện các bộ phận kết cấu có điện thế khác nhau và các phần
nối đất.
5) Cách bố trí định hướng các trụ kim loại, các rãnh dầu, các bình nén không khí,
các thiết bị thải khí,...
6) Cấu trúc và bố trí truyền động cơ khí.
7) Cách bố trí tương đối của máy ngắt và truyền động.

18


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Hình 1-4. Sơ đồ kết cấu của các máy ngắt nhiều dầu.
a) Một bình với khoảng ngắt đơn giản trong dầu.
b) Máy ngắt kiểu ba bình (một cực) bình tròn với mỗi cực có hai buồng dập hồ quang.
c) Máy ngắt kiểu ba bình (một cực) với mỗi cực có hai buồng dập hồ quang.

a)

b)

c)

Trong khi lập sơ đồ kết cấu, tuy là sơ bộ nhưng cũng nên xác định trước tương quan
kích thước giữa các bộ phận.
Số lượng khoảng ngắt dòng điện trong mỗi pha và số lượng thiết bị dập hồ quang
thường được xác định trên cơ sở đánh giá sơ bộ khả năng dập hồ quang của mỗi khoảng
ngắt dòng điện, trong thiết bị của phương án được chọn có tính đến sự phân điện áp theo
từng quãng trong thời gian dập hồ quang. Các vấn đề tính toán khả năng, dập hồ quang của
thiết bị dập hồ quang và sự phân bố điện áp theo các khoảng ngắt sẽ nghiên cứu ở các
chương sau.
Lập sơ đồ kết cấu là giai đoạn mở đầu cho sự tính toán và chế tạo máy ngắt, cần phaíi
âæåüc tiến hành theo trình tự đã chỉ dẫn ở trên.

19


Uc[ kV]

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
200
0
150
0

d =0,5S

100
0
S

500
0

1
4

2
5

6

3

S[ m]

Hình 2-4. Điện áp phóng điện khô của các kết cấu cách điện trụ có vòng điều hòa điện áp.

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.
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 đầu mút tròn, ở áp suất p
[at]

Các công thức tính toán.

Tác giả
A.PoT

u K = 14+ 3,36S[ kV ]
u K = 14+ 3,16S[ kV ]
u K = 4,75S[ kV ]

Các
tác
giả khác
nhau.

u K = 3,95J0,93 [ kV ]
u K = 10,4l 0,7 [ kV ]
u âth = 30S0,7 [ kV ]
u âth = 39S [ kV ]
0,7

u K = 42( p.S) 0,45 [kV]

MaĩHep
"
Âepô
Âỉịị

và

(chọn sơ bộ)

32


[ Split Unregistered Version -
Simpo PDF MergeUPiand
kV]

140
0
120
0
100
0

{
3{

(-)

1; 4

2;

S

(-)

1
2

S

3

(+)
(+)

4
800
600
400
200
0
20
120

140

40

160

60

180

80
S[

cm]

100

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

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 tắt 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.

33

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Sự tính toán dẫn đến xác
Uâth[
định hiệu điện thế giữa các điện
kV]
}1/10μ
100
cực dựa trên cơ sở của phương
s
}1/50μ
0
pháp chung giải hệ thống
s
900
phương trình tĩnh điện. Dạng
800
điện cực phức tạp, có thể có
700
trong kết cấu, cần phải dựa về
600
hình dạng thông thường và
1/2100μs ,
thuận tiện hơn để tính toán là
500
50Hz
dạng elípxoít quay cho phương
400

trình bề mặt đã biết.
300
Các giá trị của hệ thống
là: các tham số hình học của hệ
200
s
thống (kích thước và hình dáng
100
của điện cực, cách bố trí tương
0
hỗ của chúng với nhau và đối
10
20
30
40
S[ cm]
với đất, hệ số điện môi của môi Hình 2-6. Điện50
áp đánh thủng giữa các tham số trong dầu.
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 dạng 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.

34