4/13/2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
Bộ môn Thiết bị điện - điện tử
THIẾT KẾ KHÍ CỤ ĐIỆN
Giảng viên: Đặng Chí Dũng
Email:
Điện thoại: 0903178663
PHẦN 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN
CHƯƠNG 7:
CÁCH ĐIỆN TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN
1
4/13/2015
MỤC ĐÍCH
•
Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về
cách điện trong KCĐCA và HA.
•
Tính tốn cách điện trong KCĐCA và HA.
I. CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐCA
Trong kÕt cÊu khí cụ điện phải đảm bảo cách điện:
ã Giữa các bộ phận mang điện áp và các phần nối đất;
ã Giữa các chi tiết có điện thế khác nhau;
ã Giữa những phần tử ở cạnh các cực mang điện áp cao;
ã Giữa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động ở vị trí ngắt.
S1
S4
S2
S3
2
4/13/2015
I. CCH IN TRONG KCCA
ã
Mức độ cách điện phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nớc
TCVN hoặc tiêu chuẩn quốc tế (IEC). Mức độ này đợc đảm
bảo bằng cách chọn khoảng cách cách điện cần thiết và kích
thớc chính của các chi tiết cách điện nh: sứ cách điện, tấm
đệm cách điện, tấm màng chắn, v.v
ã
Nh vậy, từ kết quả tính và chọn cách điện, ta có thể biết sơ
bộ các kích thớc chính của khí cụ điện phải thiết kế.
C
S
R
I. CCH IN TRONG KCCA
Với thang điện áp định mức cho trớc phải xuất phát ở
giá trị điện áp phóng điện của các khoảng cách để tính
cách điện. Điện áp phóng điện đợc xác định bằng cách
nhân trị số điện áp thử Ut với hệ số K > 1.
ã Điện áp thử Ut và điện áp phóng điện ở tần số công
nghiệp tham khảo bảng 1-9 [TL1-KCĐCA].
ã
3
4/13/2015
I. CCH IN TRONG KCCA
Trong vận hành ngoài điện áp làm việc còn có quá điện áp
khí quyển (sét) và quá điện áp nội bộ (đóng, cắt) tác dụng
vào cách điện. Thực tế không thể hoàn toàn loại trừ quá điện
áp, mà chỉ hạn chế đến mức độ có thể.
ã Hiện nay ngời ta chọn cách điện có điện áp lới 220kV phải
chịu đợc quá điện áp (2,53)Up, còn cách điện
(300500)kV phải chịu đợc 2,5Up (Up là điện áp pha).
ã
ã
Để nâng cao độ bền vững của khí cụ điện và ổn định trong
vận hành, nên cần thiết phải tiến hành thử cách điện bằng
xung cao áp.
ã Các chỉ tiêu thử điện áp xung tham khảo ở bảng 1-10 [TL1]
II. TNH CCH IN TRONG KCCA
Với MC có dao cách ly lắp kèm thì ta sẽ xét 2 trờng
hợp sau:
TH1: Máy ngắt mỗi pha có một chỗ ngắt, điện áp
phóng điện thử nghiệm đợc tính toán theo công thức :
ã
U pdt kdt .kb .0,87. 2.U dm (kVmax )
Trong ®ã: kdt = 1,5 - hƯ sè dù tr÷;
kb = 1,6 - hƯ số vợt quá biên độ tối đa
4
4/13/2015
II. TÍNH CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐCA
Víi MC cã dao c¸ch ly lắp kèm thì ta sẽ xét 2 trờng
hợp sau:
TH2: Máy ngắt mỗi pha có nhiều chỗ ngắt thì phải tính
đến sự phân bố điện áp không đều trên những chỗ ngắt
đó. Điện áp phóng điện tính toán trên một chỗ ngắt đợc
tính bằng:
ã
U pdt kdt .kb . 2.
U dm
.k p (kVmax )
n
Trong đó: n - là số chỗ ngắt trên 1pha;
kp = 1,3 - hệ số phân bố không đều của điện
áp phục hồi
II. TNH CCH IN TRONG KCCA
Với MC không có dao cách ly lắp kèm:
Để phối hợp mức độ cách điện giữa các bộ phận ở môi
trờng khác nhau, riêng mỗi bộ phận cách điện phải có
hệ số dự trữ riêng của mình. Giá trị điện áp phóng điện
tính toán của từng bộ phận xác định theo công thức:
ã
U pdt kdt .U pd
Trong đó: kdt - hệ số dự trữ, lấy theo bảng 1-11 [TL1];
Upd - điện áp phóng điện tiêu chuẩn (ở tần số
công nghiƯp hay chÕ ®é xung)
5
4/13/2015
II. TNH CCH IN TRONG KCCA
Vật liệu cách điện sử dụng trong KCĐCA v HA
Chất khí: không khí nén ở ¸p suÊt cao (p 30at), khÝ
SF6 (3 - 5at).
- Chân không: p 10-6 at.
- Chất lỏng: dầu MBA.
- Chất rắn: sứ, giấy cách điện, bakêlit, phíp, cát thạch
anh, thủy tinh,
- Nha cách điện, không khí khí quyển chủ yếu sử
dụng làm môi trờng cách điện trong các KCĐHA.
-
II. TNH CCH IN TRONG KCCA
Các vật liệu cách điện cần đạt đợc các yêu cầu:
1. Hoàn toàn loại trừ khả năng chọc thủng cách điện
(chất rắn và chất lỏng).
2. Tránh không cho xuất hiện ion hoá qua bộ dới dạng
vầng quang sáng hay phóng điện trên bề mặt cách
điện.
3. Hạn chế đến mức tối thiểu khả năng sinh tia lửa điện
hay hồ quang điện tác dụng vào cách điện.
4. Sử dụng tối đa cách điện đúc và chất dẻo.
5. Có khả năng làm việc trong mọi điều kiện khí hậu.
6
4/13/2015
II. TNH CCH IN TRONG KCCA
Tính cách điện trong KCĐ là thực hiện các công
việc, nhằm đạt:
Chọn các bộ phận chính có khoảng cách cách điện;
chọn sơ bộ hình dáng, kích thớc các kết cấu tiếp điểm,
thanh dẫn tạo ra các khoảng cách cách điện đó.
- Xác định các giá trị điện áp phóng điện tính toán cho
từng khoảng cách ®· chän.
- TÝnh kÝch thíc nhá nhÊt cho phÐp cđa các khoảng cách
phóng điện. Căn cứ vào đờng và hớng phóng điện có thể
xảy ra để chọn các khoảng cách phải tính.
-
II. TNH CCH IN TRONG KCCA
Trong khi xác định điện áp phóng điện điện tính toán
(ở tần số công nghiệp hay chế độ xung) phải căn cứ
vào:
Mức độ yêu cầu và độ bền của từng khoảng cách, tính
kích thớc nhỏ nhất của từng khoảng cách,
Hình dáng và kích thớc của các điện cực, tiếp điểm tạo
thành khoảng cách đó,
Tính chất và trạng thái của môi trờng cách điện,
Kết cấu cách điện của khoảng cách (có các tấm chắn,
các màng tĩnh điện hay không).
7
4/13/2015
II. TNH CCH IN TRONG KCCA
Các kích thớc của những khoảng cách đợc xác
định trên cơ sở đờng cong hoặc công thức thực nghiệm
quan hệ giữa điện áp phóng điện ở các môi trờng khác
nhau và khoảng cách nhỏ nhất.
Xem các đặc tuyến trên các hình vẽ 1-14, 1-15, 116, 1-17; các công thức thờng áp dụng có thể tham khảo
trên Bảng 1-12, TL KCCA để tính ra đợc khoảng cách
cách điện an toàn nhỏ nhất với cấp điện áp định mức đÃ
cho.
Xem ví dụ tính toán trong sách KCĐCA.
III. CCH IN TRONG KCHA
S1
S2
S4
S3
ã
Giữa các bộ phận mang điện áp và các phần nối đất;
ã Giữa các chi tiết có điện thế khác nhau;
ã Giữa những phần tử ở cạnh các cực mang cùng điện áp;
ã Giữa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động ở vị trí ngắt.
8
4/13/2015
III. CCH IN TRONG KCHA
Mức độ cách điện phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nớc
TCVN hoặc tiêu chuẩn quốc tế (IEC). Mức độ này đợc đảm
bảo bằng cách chọn khoảng cách cách điện cần thiết và kích
thớc chính của các chi tiết cách điện nh: nhựa cách điện,
tấm đệm cách điện, tấm màng chắn, v.v
ã
Nh vậy, từ kết quả tính và chọn cách điện, ta có thể biết
sơ bộ các kích thớc chính của khí cụ điện phải thiết kÕ.
•
S1
S2
S4
C
S3
S
R
IV. TÍNH CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐHA
Khoảng cách cách điện trong khí cụ điện đóng một vai trị
khá quan trọng. Nó ảnh hưởng tới kích thước của khí cụ điện
và độ tin cậy khi vận hành. Vì vậy việc xác định hợp lý đại
lượng này có một ý nghĩa khơng nhỏ trong tồn bộ cơng tác
thiết kế khí cụ điện.
Khoảng cách cách điện phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố:
điện áp định mức, mơi trường làm việc, q trình dập tắt hồ
quang. Việc xác định các khoảng cách cách điện trong khí cụ
điện hạ áp thường chọn theo kinh nghiệm.
1 – Điện áp định mức theo cách điện:
+ Với KCĐ điều khiển và phân phối năng lượng hạ áp
tuân theo các tiêu chuẩn quy định và độ bền cách điện theo
điện áp thử định mức - Điện áp thử định mức ở tần số 50Hz,
thời gian thử 1 phút theo Bảng 1.1.
9
4/13/2015
IV. TÍNH CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐHA
Bảng 1.1.
Điện áp định mức
Điện áp định mức
Điện áp thử nghiệm
KCĐ, V
của cách điện V
(trị hiệu dụng) V
12, 24
Đến 24
500
36, 48, 60
60
1000
110, 127, 220
220
2000
380, 440, 500
500
2500
600, 660
660
2500
750
750
3000
1000
1000
3500
IV. TÍNH CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐHA
2 – Khoảng cách cách điện giữa các phần tử dẫn điện có điện
áp khác nhau:
+
Muốn khí cụ điện có độ tin cậy cao thì cần khoảng
cách cách điện lớn, song như vậy lại tăng kích thước và khối
lượng của thiết bị. Vì vậy nên chọn theo khoảng cách cách
điện tối thiểu theo quy định của cơng nghiệp điện lực cho các
khí cụ điện hạ áp thông dụng ở bảng 1.2
+
Khi chọn khoảng cách cách điện, cần lưu ý rằng nó
phụ thuộc rất lớn vào tính chất của vật liệu, của bụi, đồ ẩm,
trạng thái bề mặt của cách điện. Vì vậy phải thiết kế hình
dạng, cấu trúc của cách điện sao cho khi vận hành bụi bẩn
không phủ lên chúng. Để giảm các kích thước của khí cụ điện
và loại trừ khả năng bụi bẩn, nên chọn kết cấu của cách điện
theo dạng có gờ, mái, bậc.
10
4/13/2015
IV. TÍNH CÁCH ĐIỆN TRONG KCĐHA
Bảng 1.2.
Điện áp định mức, V
Tên thiết bị hay mạch sử dụng
Đường đi của hồ quang
Từ 100
Từ 251
Từ 401
đến 250
đến 400
đến 600
Khoảng cách, mm
Các khí cụ điện điều khiển, phân
phối năng lượng
Khe hở phóng điện
Các khí cụ điện phân phối dùng Khoảng cách điện rị (khơng phụ
để bảo vệ thiết bị
Các mạch chính của KCĐ điều
khiển, bảo vệ và phân phối năng
lượng
thuộc vào vị trí bề mặt)
Khoảng cách điện rò theo mặt
trên
Khoảng cách điện rò theo bề mặt
dưới
Khí cụ điện trong mạch điều Khoảng cách điện rị theo bề mặt
khiển và tín hiệu
phía trên
Mạch chính của khí cụ điện có Khoảng cách điện rị theo bề mặt
dòng định mức bé (đến 15A)
thẳng đứng hoặc mặt bên
4
5
7
15
17
22
10
12
15
8
10
12
7
9
11
5
7
9
11