Tài liệu Chương 4: Chọn kết cấu và kiểm nghiệm buồng dập hồ quang ppt

Ch-ơng iv
Chọn kết cấu và kiểm nghiệm
buồng dập hồ quang
I)Khái niệm chung về tính toán các thiết bị dập hồ quang
Trong máy ngắt cao áp thiết bị dập hồ quang là bộ phận quan trọng nhất,
khi ngắt mạch điện ở đó xảy ra các quá trình cơ bản dập hồ quang và tiếp
theo là phục hồi độ bền về điện giữa các khoảng cách tiếp điểm.
Quá trình xảy ra rất phức tạp và phụ thuộc vào sự làm việc của kiểu thiết
bị dập hồ quang, phụ thuộc vào khả năng dập hồ quang của thiết bị và phụ
thuộc vào đặc tuyến V-A của quá trình đó. Dạng đặc tuyến của quá trình này
phụ thuộc vào nguyên tắc tác động của thiết bị và vào các đặc điểm, kết quả
từng chi tiết của nó.
Tính và thiết kế thiết bị dập hồ quang là một trong những nhiệm vụ quan
trọng khi thiết kế máy ngắt. Trong tính toán cần phải xác định các tham số
cảu thiết bị và các đặc tuyến của nó:
Các tham số của thiết bị dập hồ quang gồm:
- Số l-ợng và kích th-ớc của các đ-ờng rãnh dập hồ quang
- Số l-ợnh, vị trí tuơng hỗ và trị số các khoảng cách giữa các tiếp điểm
trong lúc dập tắt hồ quang cũng nh- kích th-ớc, hình dáng của tiếp điểm tạo
thành các khoảng cách.
Các đặc tuyến của thiết bị dập hồ quang gồm:
- Đặc tuyến tốc độ chuểyn động của các tiếp điểm dập hồ quang và của
van (nếu có)
- Trị số lớn nhất và đặc tuyến thay đổi áp suất của môi tr-ờng tạo thành
khí trong buồng dập hồ quang (trong các đ-ờng rãnh làm việc, trong không
gian và trong các thiết kế để thải khí, )
- Tốc độ cháy của môi tr-ờng dập hồ quang trong vùng dập hồ quang ở
từng đoạn dập hồ quang.
- Tốc độ chuyển dịch của thân hồ quang trong từ tr-ờng (nếu áp dụng
dập hồ quang bbằng điện từ).
- Sự thay đổi điện áp trên hồ quang và năng l-ợng thải ra trong hồ

quang.
- Sự thay đổi trạng thái (độ dẫn từ, độ bền điện, nhiệt độ) mà gọi đó là
thân d- ở cuối nửa chu kì của dòng điện và sự phục hồi về độ bền về điện của
khoảng cách giữa các tiếp điểm.
Một số đặc tuyến:
- Tốc độ chuyển động của các tiếp điểm
- áp suất của môi tr-ờng chân không đ-ợc sử dụng làm tham số cho
tr-ớc để tính toán các khâu khác của máy ngắt liên quan đến các tiếp điểm
của thiết bị dập hồ quang (truyền động cơ khí, truyền động bình chứa không
khí, van). Nh- vậy tính chính xác kích th-ớc các chi tiết của thiết bị dập hồ
quang phải đ-ợc tiến hành tr-ớc khi tính và gia công các khâu khác của máy
ngắt.
Thiết bị dập hồ quang của các máy ngắt hiện đại phải thoả mãn
các yêu cầu chung:
1. Dập tắt hồ quang điện chắc chắn ở điện áp định mức chi tr-ớc, khi
ngắt các dòng điện giới hạn trong một thời gian nhất định.
2. dập hồ quang điện nhanh chóng và chắc chắn, không cháy lập lại khi
ngắt các dòng điện điện dung của đ-ờng dây không tải và các dòng điện
kháng của máy biến áp không tải.
3. Làm việc ổn định không thay đổi các đặc tuyến đoạn đầu trong thời
gian vận hành quy định và số lần đóng ngắt quy định.
4. Kết cấu đơn giản dễ gia công và thuận tiện trong vận hành.
5. Tiêu hao môi tr-ờng dập hồ quang (chất lỏng, không khí nén hay khí)
hoàn thành thao tác quy định cần phải ít nhất.
Trong khi tính và thiết kế thiết bị dập hồ quang các tham số cho tr-ớc gồm
có:
1. Sơ đồ kết cấu của thiết bị
2. Loại và tính chất của môi tr-ờng dập hồ quang
3. Điện áp định mức đặt vào tất cả các khoảng cách của máy ngắt đóng
liên tiếp giữa các tiếp điểm với nhau và phân bố điện áp giả định(hay đã tính

tr-ớc theo trong khoảng cách riêng).
4. Trị số dòng điện ngắt giới hạn lớn nhất và công suất ngắt định mức.
5. Tần số của thành phần quá độ điện áp phục hồi và hệ số tăng biên độ.
6. Dòng điện phụ tải của hệ thống tiếp điểm thiết bị dập hồ quang khi
làm việc dài hạn.
7. áp suất không khí (khí) cho tr-ớc trong bình chứa và trong các ống
dẫn không khí (nếu thiết kế máy ngắt không khí trụ).
8. Thời gian dập hồ quang và chu trình thao tác quy định.
9. Giả định cách bố trí thiết bị dập hồ quangtrong máy ngắt.
II) Thiết bị dập hồ quang của máy ngắt chân không
- Thiết bị dập hồ quang là một bộ phận quan trọng của máy ngắt chân
không, nó có tác dụng dập tắt hồ quang một cách nhanh chóng để tiếp điểm
và các bộ phận khác không bị hồ quang làm nóng chảy dẫn đến hỏng máy
cắt.
- Quá trình dập hồ quang của máy ngắt chân không đ-ợc thực hiện
trong dạng buồng kín có mật độ chân không cao trong đó có chứa tiếp điểm
tĩnh và tiếp điểm động.
- Chân không có khả năng dập tắt hồ quang do có độ bền cách điện cao
khả năng này có đ-ợc là do mật độ các phân tử khí trong môi tr-ờng chân
không là rất thấp 10
-9
mmHg, dẫn đến khả năng ion hoá các phân tử khí khi
hồ quang cháy là rất nhỏ.
- Cũng bởi độ bền điện của chân không cao và đặc thù của ph-ơng pháp
dập hồ quang trong môi tr-ờng chân không nên các máy ngắt chân không có
kích th-ớc nhỏ gọn hơn so với máy ngắt dầu và máy ngắt không khí.
- Đối với máy ngắt chân không thì việc tạo ra và duy trì môi tr-ờng
chân không cho buồng dập hồ quang là rất quan trọng và quyết định đến khả
năng làm việc tin cậy của máy ngắt. Bởi vì nếu độ chân không trong buồng
dập hồ quang không đ-ợc duy trì thì độ bền cách điện giữa khoảng mở của

hai tiếp điểm sẽ giảm và dẫn đến khả năng phóng điện giữa chúng, điều này
là hết sức nguy hiểm.
*) Nguyên lý dập tắt hồ quang trong môi tr-ờng chân không
Khi hai tiếp điểm tách rời nhau thì từ âm cực các điện tử đ-ợc
giải phóng và chuyển động về phía d-ơng cực. Giữa hai tiếp điểm tồn tại một
điện tr-ờng do đó các điện tử chuyển động trong điện tr-ờng đ-ợc gia tăng
tốc độ và khi nó đập vào bề mặt d-ơng cực nó có tốc độ rất lớn
phá huỷ
d-ơng cực.
*)Nguyên lý dập tắt hồ quang trong môi tr-ờng chân không
Khi hai tiếp điểm tách rời nhau thì âm cực các điện tử đ-ợc giải
phóng và chuyển động về phía d-ơng cực. Giữa hai tiếp điểm tồn tại một
điện tr-ờng do các điện tử chuyển động trong điện tr-ờng đ-ợc gia tăng tốc
độ và khi nó đập vào bề mặt d-ơng cực nó có tốc độ rất lớn phá huỷ d-ơng
cực. Từ d-ơng cực phá huỷ các ion d-ơng. Các ion này chuyển động về âm
cực. Sự chuyển động qua lại của các điện tử và ion là nguyên nhân xuất hiện
và duy trì dòng hồ quang. Khi các điện tử và các ion chuyển động ng-ợc
chiều nhau song song với quá trình ion hoá là quá trình phản ion hoá cũng
sảy ra mạnh.Tại thời điểm đầu tiên khi dòng hồ quang qua trị số không hơi
kim loại khuyếch tán trong bình chân không do mật độ các phân tử khí trong
bình rất thấp nên ít xảy ra ion hoá, ngăn chặn hồ quang cháy lại lần thứ hai.
Đối với máy ngắt chân không sau khoảng 10
-5
s dòng điện qua trị số 0 khi
khoảng cách cách điện còn nhỏ thì độ bền điện cũng đ-ợc phục hồi.
III) Thiết kế buồng dập hồ quang.
* )Kết cấu: Buồng dập hồ quang đ-ợc thiết kế có kết cấu nh- hình vẽ, môi
tr-ờng chân không tạo ra và duy trì trong buồng kín. Các lá thép là lò xo 1 có
tác dụng duy trì môi tr-ờng hồ quang khi thanh dẫn chuyển động trong bình.
* Vật liệu: Buồng dập hồ quang đ-ợc chế tạo bằng thép cách đện.

* Kích th-ớc buồng dập hồ quang:
- Chiều cao buồng dập hồ quang: Từ kết quả của phần tính toán cách điện
ta có đ-ợc chiều cao của buồng dạp hồ quang là: h= 35 ( cm ).
- Đ-ờng kính trong của buồng dập hồ quang:
D = D
td
+ 2S
5
D
td
đ-ờng kính tiếp điểm
S
5
Khoảng cách cách điện từ tiếp điểm tới thành bình buồng dập
hồ quang.
D = 12 + 2.3 = 18 ( cm )
- Bề dày thành bình buồng dập hồ quang: Để đảm bảo độ bền kết cấu ta
chọn bề dày thành bình buồng dập hồ quang là 5mm
- Đ-ờng kính của các lá thép lò xo: Các lá thép lò xo có tác dụng duy trì
môi tr-ờng chân không trong buồng dập hồ quang. Ta chọn đ-ờng kính của
lá thép này là:
D
lx
= 1,5.D
td


D
td
đ-ờng kính thanh dẫn D

td
= 7 ( cm )
Kết luận:
Buồng dập hồ quang thiết kế có các thông số sau:
Chiều cao H = 350mm
Đ-ờng kính trong D = 180 mm
Bề dày thành bình buồng dập hồ quang là 5mm
Đ-ờng kính của lá thép lò xo la D
lx
= 105mm
IV) Kiểm nghiệm buồng dập hồ quang.
Khi hồ quang cháy thì điện áp giữa hai tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh
bị giảm. Sau khi hồ quang bị dập tắt, điện áp giữa tiếp điểm động và tiếp
điểm tĩnh sẽ tăng dần trở lại điện áp pha. Do sau khi hồ cháy thì một số phần
tử khí trong môi tr-ờng chân không bị ion hoá tạo thành các phân tử mang
điện do đó độ bền điện không còn đ-ợc đảm bảo. Để hồi phục lại độ bền
điện của chân không cần phải mất một thời gian nhất định. Trong thời gian
này có thể bị phóng điệ trở lại. Do đó để hồ quang lập lại sau khi tắt thì tốc
độ tăng độ bền cách điện phải lớn hơn tốc độ phục hồi điện áp, tức là thổa
mãn điều kiện.

dt
dU
dt
dU
b
ph


Trong đó:

dt
dU
ph
là tốc độ phục hồi điện áp

dt
dU
b
Tốc độ tăng độ bền cách điện
Giả sử quá trình phục hồi điện áp là quá trình không dao động. Ta kiểm
tra điều kiện phóng điện lập lại ở khoảng thời gian dài sau khi tắt hồ quang.
E
Quá trình phục hồi điện áp giữ tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh
Xét lại khoảng thời gain đủ dài ta có điện áp phục hồi
U
ph
= U
max
=
2
U
dmf