may ngat dauBK.Doc

Đồ án môn :khí cụ điện
Lời Nói Đầu
Để hòa nhập với nền kinh tế thế giới và để theo kịp các nớc phát triển.Đất nớc
ta đang thúc đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa.Để thực hiện đợc
quá công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa chúng ta đang chú ý phát triển nhiều
nghành,trong đó nghành điện là nghành rất quan trọng.Có thể nói đất nớc muốn
phát triển thì đầu tiên nghành năng lợng điện phải phát triển.Bởi vì mọi lĩnh vực sản
suất đều rất cần đến điện.
Trong quá trình truyền tải vầ vận hành sử dụng điện không thể tránh khỏi các sự cố
nh quá điện áp ,ngắn mạch dẫn đến sự quá dòng điện.Để đảm bảo an toàn khi vận
hành và sử dụng điện chúng ta cần có các khí cụ điện tự động bảo vệ sự cố.Trong đó
máy ngắt dầu là một khí cụ quan trọng.
Đợc sự hớng dẫn và chỉ bảo tận tình của thày giáo:Bùi Tín Hữu đã giúp em nghiên
cứu máy ngắt dầu.Do kinh nghiệm thực tế còn thiếu nên không thể tránh khỏi các sai
lầm thiếu sót .nhng với sự hớng dẫn tận tình của thày em sẽ cố gắng hoàn thiện và
làm tốt hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thày.
Hà Nội 28-10-2004.


Lớp:TBĐ2-K46 1
Đồ án môn :khí cụ điện
Phần I:khái quát về máy ngắt dầu
I)Khái quát và công dụng.
Máy ngắt dầu là thiết bị dùng đẻ đóng cắt trong các điều kiện bình thờng và tự
động ngắt khi có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải.Máy ngắt dầu làm việc ở dòng ngắn
mạch hoặc quá tải là trạng thái làm việc nặng nề nhất của máy.tùy theo môi trờng dập
hồ quang mà ta có thể phân thành các loại máy ngắt khác nhau.
[[[[[[[[{{{{{máy ngắt dầu sử dụng dầu làm cách điện và làm tác nhân dập hồ quang .máy ngắt
dầu làm việc có độ tin cậy cao lên đợc sử dụng nhiều trong thực tế .
. Nguyên lý làm việc của máy ngắt dầu:

Trong quá trình ngắt hồ quang phát sinh ra giữa các tiếp điểm tiếp xúc trực tiếp với
dầu dới tác dụng của nhiệt độ cao của dầu (khoảng 5000 đến 6000
0
c)làm cho dầu
nhanh tróng sôi và bốc hơi tạo thành hỗn hợp khí hơi gồm chủ yếu là hidro và hơi dầu
,làm cho nhiệt độ giảm xuống và dập tắt hồ quang .
Bọc hỗn hợp khí hơi này có 40% hơi dầu ,60% là khí .thành phần khí phụ thuộc vào
thành phần của dầu gồm 70 đến 80% là hidro ,15 đến 20% là acetilen,5 đến 10% là
mêtan và etilen.hidro có tính dẫn nhiệt cao nhất trong các loại khí và có độ bền điện
cao cho nên hidrô có khả năng làm lạnh dầu và dập hồ quang tốt.
Hiệu quả dập hồ quang còn phụ thuộc vào tốc độ khí đợc thải ra ngoài .khi khí đợc
thải ra ngòai làm cho hỗn hợp khí nóng và khí lạnh bị xáo động tạo điều kiện làm
lạnh và tăng quá trìng phản ion ,quán tính của dầu làm cản trở khi hơi nóng giãn nở
nên làm cho áp suất tằng thúc đẩy quá trình đối lu làm lạnh thân hồ quang
Khi dập hồ quang thì năng lợng dập hồ quang bị tiêu hao trong các phần;
-khoảng 77% năng lợng dùng để sinh khí và hơi dầu
-11% làm dầu chuyển động .
-khoảng 7% nẳng lợng làm cho tiếp điểm bị nóng lên
khoảng 5% làm cho vỏ thùng bị biến dạng.
Lớp:TBĐ2-K46 2
Đồ án môn :khí cụ điện
(*) các bộ phận chính của máy ngắt ít dầu
máy ngắt ít dầu thì dầu chỉ làm nhiệm vụ dập hồ quang chứ không làm nhiệm vụ
cách điện .thờng phải dùng các chất rắn để cách điện nh là sứ hoặc bakêlít.chính vì
vậy điện áp chịu đựng của máy ngắt ít dầu không cao do đó chỉ sử dụng làm máy
ngắt phụ tải và máy ngắt đặt ở đầu cực máy phát điện .
.các bộ phận chính :
-các xứ đầu vào
-hệ thống các tiếp điểm động và tĩnh
-các lò xo ép tiếp điểm

-buồng dự chữ chúa dầu dập hồ quang
-hệ thống truyền chuyển động
-buồng dập hồ quang
-hệ thống đổ dầu vào và tháo dầu bẩn ra
1>chọn sơ đồ kết cấu
máy ngắt có rất nhiều loại kết cấu khác nhau.tùy theo mục đích sử dụng mà chọn sơ đồ
kết cấu cho hợp lý.ở đây em chọn sơ đồ kết cấu theo hình 3-12 (sách khí cụ điện cao áp).
9
11
4
10
I1
7
3
6
1
5
8
13
12
2
S2
S1
S5
S3
S4
Lớp:TBĐ2-K46 3
Đồ án môn :khí cụ điện
buồng đập hồ quang 6 đặt trong bình trụ tròn 3 chứa đầu biến áp 5
tiếp điểm cố định 1 nằm ở đáy bình

thanh tiếp điểm động 2 chuyển động lên suống trong sứ cách điện 7
sứ cách điện này co nhiệm vụ cách điên giữa tiếp điểm động và nắp 4
trong quá trình làm việc bình kim loại đợc cách điện với các chi tiết nối đất
bằng sứ trụ 8 hoặc 9.
Máy đóng ngắt nhờ cơ cấu truyền động ,thanh tiếp điểm động đợc nối gián tiếp với
đòn bẩy 12 qua sứ kéo 10 ,còn đầu kia của đòn bầy gắn với lò xo ngắt 13.đòn này đuợc
hàn vào trục 11.
Khi đóng thanh tiếp điểm động chuyển động xuống phía duới khi đó lò xo ngắt bị kéo
căng dự trữ một năng lợng .
Khi ngắt chỉ cần làm lẫy chết lò xo ngắt thun lại làm tiếp điểm động chyển động lên
phía trên.
Ta coi khi ngắt tiếp điểm động vẫn ngập trong dầu.
2>xác định các khoảng cách cách điện .
cách điện của khí cụ điện có tác dụng cách ly giữa các vật dẫn với nhau và với các bộ
phận nối đất.
Mức độ cách điện phải phù hợp với tính chất nhà nớc hiện nay. Mức độ này phải đảm
bảo khoảng cách cách điện cần thiết và kích thớc chính của các chi tiết cách điện Vật liệu
cách điện cos:không khí ,dầu ,chất rắn và phức hợp
Độ bền cách điện đợc thể hiện bằng điện áp chọc thủng ,điện áp phóng điện trên bề mặt
và độ bền xung.Điện áp mà xảy ra chọc thủng gọi là điện áp chọc thủng ,còn điện áp mà
điện.
Trong vận hành ngoài điện áp làm việc khí cụ điện còn chịu quá điện áp khí quyển và
quá điện áp nội bộ.do vậy cần xách định chính xác các khoảng cách cách điện .
Ta có :
U
pđt
=k
dt
.U
pđ

Lớp:TBĐ2-K46 4
Đồ án môn :khí cụ điện
Trong đó
K
dt
là hệ số dự trữ
U
pd
là trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng điện .
Từ U
đm
=22(kv) từ bảng 1-9 trong sách khí cụ điện cao áp và phơng pháp tuyến tính hóa
ta đuợc:
U
pd
=86(kv).
80
120
20
35
86
Uđm
22
S
1
chiều cao sứ trụ 8(cách điện giữa pha -đất).
K
dt
=1,5
U

pđt
=1,5.86=129(kv)
Coi phóng điện khô trong không khí nên
U
pđt
=10,4.S
1
0,7
=129
S
1
=36,5(cm)
Chọn S
1
=37(cm).
S
2
khoảng cách giữa bình và tờng.
Coi phóng điện tromg không khí
K
dt
=1,5 nên U
pd
=1,5.86=129(kv)
Lớp:TBĐ2-K46 5
Đồ án môn :khí cụ điện
Phóng điện trong không khí thanh mặt
U
pdt
=4.6.S

2
0,88
=129
S
2
=44(cm)
Chọn S
2
=45(cm)
S
3
Khoảng cách giũa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh trong dầu
K
dt
=1,1
U
pd
=1,1.86=94,6(kv)
Coi phóng điện kim kim trong dầu
39.S
3
0,7
=94,6
S
3
=3,5(cm)
Chọn S
3
=4(cm).
S

4
khoảng cách giữa tiếp điểm động và vỏ thùng
Chon k
dt
=1,2
Coi đáng thủng kim mặt trong dầu
30.S
4
0,7
=86.1,2
S
4
=5,8(cm)
Chọn S
4
=6(cm).
S
5
chiều cao sứ 7 coi phóng điện trong không khí sứ trụ khác nhau
S
5
0,93
.3,95=1,5.86
S
5
=42,5(cm).
Chọn S
5
=43(cm).
3.Tính toán mạch vòng dẫn điện

.đầu nối:
Đầu nối là phần tử rất quan trọng trong khí cụ điện,vì nó nối các bộ phận dẫn điện để
đua điện vào . do vậy cần chú ý chọn đầu nối sao cho phù hợp với yêu cầu thiết kế
đặc biệt là trong cao áp .
Lớp:TBĐ2-K46 6
Đồ án môn :khí cụ điện
đầu nối Có hai phần:các đầu cực để nối với các dây dãn bên ngoàI và nôí với các bộ
phận bên trong mạch vòng dẫn điện.
yêu cầu:
-đầu nối phải đảm bảo đủ độ bền nhiệt và độ bền điện động
-năng lợng tổn hao nhỏ
-đảm bảo R
tx

[R
tx
]
-chế độ làm việc dài hạn nhiệt độ không đợc tăng quá nhiệt.
độ cho phép.
Từ I
đm
=400(A),tra bảng 2-9 sách thiết kế khí cụ điện hạ áp ta chọn loại bu lông bằng
thép CT-3 bu lông M12.
I
đm
=400(A)
tra bảng 3-1 sách hớng dẫn thiết kế máy ngắt dầu

đuờng kính thanh dẫn d=16(mm)
chọn đờng kính thanh dẫn là d=18(mm)

mật độ dòng điện ở chế độ dài hạn là
j=
4
18.
400
2

=
F
Idm
j=1,57(A/mm)
.kiểm tra sự phát nóng của thanh dẫn ở chế độ dà hạn:
ta có:
Q
nguồn
= Q
đốtn
+ Q
truyềnnhiệt
+ Q
tỏa
Chế độ dài hạn ta có
I
2
.R=S
t
.K
t
.(
0

)
I
2
.
).1.(
0

+
=

dF. K
t
.(
0


)
Trong đó
S
t
diện tích bề mặt tỏa nhiệt
K
t
hệ số tỏa nhiệt
Lớp:TBĐ2-K46 7
Đồ án môn :khí cụ điện
Với đồng K
tcu

=10
-3
(w/
o
c.cm
2
)



nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn

0


nhiệt độ của môi trờng


0

=40
o
c


điện trở suất củ vật liệu


ocu
=1,58.10

-6
(

.cm)

hệi số dẫn nhiệt độ


cu
=4,25.10
-3
(1/
0
c)



0
2
00
2
....
.....
IKFd
KFdI
t
t

+
=

thay số vào ta đợc
3623
2
2
32262
10.25,4.10.58,1.40010.
4
8,1
8,114,3
4
1
10.8,1.8,1.14,3.4010.58,1.400



+
=

2,62=

(
0
c)
nhiệt độ phát nóng cho phép của đồng ở là 75
0
c
nh vậy thỏa mãn ở chế độ dài hạn
.Kiểm tra thanh dẫn ở ché độ ngắn hạn.
chế độ ngắn hạn dòng điện tăng rất cao do đó tiếp điểm nóng mạnh có thể nóng
chảy .nh vậy thì rất nguy hiểm cho thiết bị điện do đó thanh dẫn phải đảm bảo ở chế

độ ngắn hạn không đợc phát nóng quá trị số cho phép.vì quá trình ngắn xảy ra trong
thời gian ngắn nên nhiệt độ phát nóng cho phép ở chế độ này cũng lớn hơn ở chế độ
dài hạn.
vì thời gian ngắn mạch bé nen có thể coi quá trình nhiệt này là quá trình đoạn
nhiệt.nghĩa là toàn bộ nhiệt lợng do thiết bị hấp thụ chứ không tỏa ra ngoài môi trờng
xung quanh.do đó phơng trình cân bằng nhiệt có dạng.
Lớp:TBĐ2-K46 8
Đồ án môn :khí cụ điện
I
2
.R.dt=C
t
.d

Trong đó :R là điện trở của thanh dẫn
R=K
ph
)1(
0

t
F
l
+
K
ph
là hệ số tổn hao phụ tính đến hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng
gần.
0

là điên trở suất của vật liệu ở 0
0
c
l,F là chiều dài và tiết diện của thanh dẫn
C
t
là hệ số nhiệt điện trở của vậ liệu thanh dẫn.
C
t
=C
0
(1+

.
).G
C
0
là nhiệt dung riêng của vật liệu ở 0
0
c.

là hệ số nhiệt của nhiệt dung riêng.
G là khối lợng của thanh dẫn.
Khối lợng vật dẫn có thể tính theo thể tích và khối lợng riêng
G=l.F.

=

.v

là trọng lợng riêng của vật liệu.
.v là thể tích của vật dẫn
thay các đại lợng trên vào và tích phân hai vế (từ 0 đên t
nm
) từ
0

đến
nm

ta đợc:

nm
t
0
=dt
F
I
2
2





d
K
C
nm
tph

+
+
0
)1(
)1(.
0
0
nếu trị dòng điện trong suốt quá thời gian ngắn mạch không đổi thì ta có:

0
2
2
2
.

AAtjt
F
I
nm
nmnmnm
nm
==
0

là nhiệt độ ban đầu trớc khi xảy ra ngắn mạch
0

=62,2
0

c
xét đồng có cách điện cấp A cho phép là
nm

=250
0
c.
từ đồ thị hình 2-9 sách khí cụ điện ta có
Lớp:TBĐ2-K46 9
Đồ án môn :khí cụ điện
A
nm

=3,6.10
4
(A
2
.s/mm
4
)
A
0

=0,72.10
4
(A
2
.s/mm
2
)

Mật độ dòng điện khi ngắn mạch là
J
nm
=
F
I
nm
=
5,254
4000
=15,7(A/mm
2
).
Cần phải kiểm tra điều kiện j
nm
<[j
nm
] trong thời gian là 1(s), 3(s), 5(s), 10(s).
Với t
nm
=1(s) thì dòng điện ngắn mạch cho phép là

[J
nm
]=169,7(A/mm
2
)
với t
nm
=3(s) thì dòng điện ngắn mạch cho phép là:

[j
nm
]=98,3(A/mm
2
).
Với t
nm
=5(s) thì dòng ngắn mạch cho phép là:
[j
nm
]=76,16(A/mm
2
).
Với t
nm
=10(s) thì dòng ngắn mạch chô phép là:
[j
nm
]=53,85(A/mm
2
).
(*).Kết luận:
đờng kính thanh dẫn d=18(mm)thỏa mãn ở cả chế độ dài hạn và ngắn hạn.
vậy ta chọn d=18(mm).
(*).Tiếp điểm.
Tiếp điểm là một bộ phận rất quan trọng trong khí cụ điện.
Tiếp điểm bao gồm :tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh
.Yêu cầu:
+khi làm việc ở chế độ dài hạn với I
đm

không đuợc phát nóng quá trị số cho phép
+phảiổn định đối với tác động nhiệt và điện động của dòng ngắn mạch.Nghĩa là khi
có dòng ngắn mạch khỗng xảy ra dập nát hay nóng chảy tiếp điểm.
-Chọn dạng kết cáu tiếp điểm :kết cấu hệ tiếp phải đảm bảo
các tiếp điểm chính phải có điện trở bé
Lớp:TBĐ2-K46 10
Đồ án môn :khí cụ điện
Từ nhiệm vụ thiết kế có thể chọn hệ thống tiếp điểm có tiếp điểm dập hồ quang
nối song song với tiếp điểm chính ,nó đóng trớc vì ngắt sau tiếp điểm chính,hồ
quang chỉ sinh ra trên nó mà không sinh ra trên tiếp điểm chính.
+Dạng của tiếp điểm đợc chọn từ nhiệm vụ thiết dựa trên quan điểm mạch điện
đóng ngắt.
+Số chỗ ngắt trong mạch xác định khi chọn dạng kết cấu và có thể chọn lạikhi
thiết kế buồng dập hồ quang.
Với dòng điện lớn nên dùng hệ thống tiếp điểm có buồng dập hồ quang loại hai
chỗ ngắt
Các dạng tiếp xúc của tiếp điểm :tiếp xúc điểm,tiếp xúc đờng ,tiếp xúc .
-Tiếp xúc điểm :dùng với dòng điện bé không cần lực ép lớn,thờng dùng cho khối
tiếp điểm phụ
-Tiếp xúc điểm loại mặt cầu-mặt phẳng dùng với dòng điện nhỏ khoảng vài chục
ampe .
-Tiếp xúc đờng:dùng với dòng điện lớn đến vài trăm ampe hoặc lớn hơn thì dùng
các tiếp điểm nối song song. VớiCùng một lực ép tiếp điểm tiếp xúc đờng có điện
trở bé hơn loại tiếp xúc mặt 2-3 lần.
-Tiếp xúc mặt dùng cho dòng điện lớn ,cần một lực ép tiếp điểm lớn nên có những
nơi tiếp xúc vật liệu bị biến dạng .Điều kiện làm sạch bề mặt tiếp xúc không tốt
bằng dạng tiếp xúc đờng.
ở bài nay dòng điện I
dm
=400 (A) ta chọn dạng tiếp điểm kiều hoa huệ

Lớp:TBĐ2-K46 11
Đồ án môn :khí cụ điện
tiếp điểm tĩnh ở trạng thái đóng
2
.Độ nún
ta có :d=18mm

chu vi thanh dẫn la :s=

*d=56,6 mm
dòng điện chạy qua mỗi phiến:
I
ph
=
6
*3,1 Idm
=
6
400*3,1
=86,7 (A).
Goi độ nún là l
Chiều dày mỗi phiến là :b
Gần đúng ta coi diện tích tiếp xúc là :b*l
Lớp:TBĐ2-K46 12
Đồ án môn :khí cụ điện
h
l
b1
b

coi tiếp xúc hoàn toàn nên:
mật độ dòng điện qua mỗi phiến
j=
lb
Iph
*
=
bl
7,86
ở trạng thái đóng chọ khoảng cách mỗi phiến là:2 mm


b =
6
6*26,56
=7,43

chọn b

7,5 mm.
j=
l*5,7
7,86
3,0
l
85,3
( cm).
(Vì ở đây mật độ dòng điện cho phép ta lấy là:0,3A/mm
2
)

Chọn đọ nún l=4 (cm)
Chọn chiều cao phiến :h=l+h
1
=4+2=6(cm).
Nh vậy với chiều cao này có thể đảm bảo mật độ dòng điện đi qua tiếp điểm.
*.bề dày của tiếp điểm
ta có:tiết diện của thanh dẫn động là F=254,5 (mm
2
)
tiết diện ngang của mỗi phiến là b.b
1
Lớp:TBĐ2-K46 13
Đồ án môn :khí cụ điện
tối thiểu thì tiết diện ngang của 6 phiếm hoa huệ phải bằng tiết diện của thanh dẫn
động .do đó:
6. b.b
1
=254,5

b
1
=
5,7.6
5,254
=5,7(mm)
chọn b
1
=6(mm)
*.Tính toán lò xo tiếp điểm
Dòng điện đi từ tiếp điểm động sang tiếp điểm tĩnh qua bề mặt tiếp xúc.thực tế

không phải là tiếp xúc hoàn toàn mà chỉ có một số điểm tiếp xúc.dòng điện đi qua
các điểm đó có mật độ lớn làm tổn hao năng lợng và tổn hao điện áp.đặc biệt với
dòng ngắn mạch,nhiệt độ ở chỗ điểm tiếp tăng cao làm giảm đàn hồi và cơ khí
của tiếp điểm ,tiếp điểm có thể bị cháy do nhiệt độ của hồ quang.
-Lò xo tiếp điểm rất quan trọng trong máy ngắt vì lo xo phai sinh ra lực ép tiếp
điểm cần thiết,để đảm bảo điện trở tiếp xúc đủ nhỏ và trống hàn dính tiếp điểm.
*.Lực nén cần thiết lên tiếp điểm tính theo công thức:
p
td
=
tx
dm
T
T
arc
AI
0
2
2
.16
...


trong đó :
A:là hằng số vạn năng:
A=2,42.10
-8
(v/
o
k

2
)


là ứng suất tróng dập nát.

5200=

(kg/cm
2
) ở trạng thái dòng điện dài hạn


là hệ số dẫn nhiệt
vói đồng

=3,8(w/cm.độ)
T
0
=
Fsk
I
..
.
2

+

+273 [
o

k]

=40
o
c
nhiệt độ thanh dẫn ở xa vô cực ta coi T
0
=62,2+273=335,2[
o
k].
Lớp:TBĐ2-K46 14