Tài liệu Chương 1: Giới thiệu về máy ngắt chân không – phân tích lựa chọn phương án thiết kế ppt

Ch-ơng i
Giới thiệu về máy ngắt chân không
phân tích lựa chọn ph-ơng án thiết kế
I). Gới thiệu chung về máy ngắt chân không
1. Khái niện:
Máy ngắt chân không là loại máy ngắt hồ quang đ-ợc dập tắt trong môi
tr-ờng chân không bằng cách tạo ra quãng đứt trong mạch điện ở độ chân
không cao 10
4
- 10
6
mm Hg.
ở máy ngắt chân không áp suất trong buồng dập rất thấp d-ới 10
4
Pa
do có mật độ không khí rất thấp: hành trình tự do của phân tử đạt 50m còn
hành trình tự do của điện tử đạt tới 300m, cho nên độ bền điện trong chân
không khá cao, hồ quang sẽ bị dập tắt và có điều kiện cháy lại sau khi dòng
điện qua trị số không.
ở áp suất 10
4
Pa, độ bền điện đạt tới 100 kV/ mm. Vì
vậy với điện áp trung áp ( đến 35 kV ) độ mở của tiếp điểm của buồng cắt
chân không khoảng 6 25 mm.
Việc sử dụng chân không làm môi tr-ờng dập hồ quang trong máy ngắt
là do chân không có đặc điểm sau :
+ Độ bền điện cao
+ Phục hồi nhanh chóng độ bền điện của khoảng trống hồ quang
Tính chất này của chân không có đ-ợc là do môi tr-ờng chân không có
mật độ phân tử khí rất nhỏ dẫn đến khả năng va đập và ion hoá các phân tử
khí khi hồ quang cháy là rất thấp.

*) -u điểm của máy ngắt chân không .
- Kích th-ớc nhỏ gọn, không gây cháy nổ .
- Tuổi thọ cao khi cắt dòng định mức ( đến 10000 lần đóng cắt ).
- Vận hành và bảo d-ỡng đơn giản, gần nh- không cần bảo d-ỡng định kỳ vì
loại máy ngắt này đ-ợc sử dụng khá phổ biến ở l-ới điện áp trung áp và chủ
yếu dùng lắp đặt trong nhà.
- Dòng điện cắt đến 50kA, thời gian cháy của hồ quang ngắn cỡ 15ms.
2)
Nguyên lý dập hồ quang trong môi tr-ơng chân không .
Đối với máy ngắt thì việc dập tắt hồ quang một cách nhanh chóng khi nó
phát sinh là rất quan trong và ảnh h-ởng đến chất l-ợng của máy ngắt.
Đối với máy ngắt chân không thì hồ quang đ-ợc dập tắt nh- sau :
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 đ-ợc gia tốc độ và đập vào bề mặt d-ơng cực nó có tốc độ rất lớn phá
huỷ d-ơng cực. Từ cực d-ơng giải phóng ra các ion d-ong. 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
chuuyển động ng-ợc chiều nhau song song với quá trình ion hoá là quá trình
phản ứng ion hoá cũng sảy ra rất mạnh. Tại thời điểm đầu tiên khi dòng hồ
quang qua trị số 0 hơi kim loại khuyếch tán trong bình chân không do mật
độ các phân tử khí trong bình rất thấp nên ít sảy ra ion hoá, ngăn chặn hồ
quan cháy lại lần thứ hai.
Đối với máy ngắt chân không sau khoảng 10
5
s dòng điện qua trị số
không khi khoảng cách cấch điện còn nhỏ thì độ bền điện đã đ-ợc phục hồi.
3) Một số loại máy ngắt chân không có mặt trên thị tr-ơng Việt Nam
hiện nay.
Mặc dù n-ớc ta do một số điều kiện ch-a sản xuất máy ngắt nh-ng thị

tr-ờng Việt Nam vẫn rất đa dạng với sự tham gia của các hãng sản xuất máy
ngắt trên thế giới nh- : ABB, Siemens, sneichder, các hãng sản xuất của
Trung Quốc , Hồng Kông
4) Lựa chọn ph-ơng án thiết kế.
Các loại máy ngắt nói chung và máy ngắt chân không nói riêng có kết cấu
khá đa dạng và phông phú.
Mỗi kiểu máy ngắt có thể đ-ợc thực hiện với nhiều ph-ơng án kết cấu
khác nhau, mỗi ph-ơng án trính bày d-ới dạng một sơ đồ biểu hiện các đặc
điểm chính của kết cấu đó.
Sơ đồ kết cấu của máy ngắt cần thể hiện đ-ợc :
+ Số l-ợng khoảng ngắt dòng điện trong mỗi pha, cách bố trí t-ơng đối
của tiếp điểm.
+ Số l-ợng, vị trí, cách bố trí t-ơng đối của thiết bị dập hồ quang.
+ Kết cấu của mạch vòng dẫn điện và cách bố trí t-ơng đối của các bộ
phận dẫn điện.
+ Ph-ơng pháp cách điện.
+ Cách bố trí định h-ớng các trụ kim loại sứ.
+ Cấu trúc và cách bố trí của bộ truyền động cơ khí.
+ Cách bố trí t-ơng đối của máy ngắt và bộ truyền động.
Qua tham khoả các dạng kết cấu máy ngắt khác nhau của một số hãng
sản xuất máy ngắt ở cấp điện áp và dòng điện t-ơng ứng. Em lụa chọn
kết cấu của hãng ABB nh- sau:
Sơ đồ kết cấu máy ngắt chân không 22kV

1. §Çu vµo
2 Buồng ngắt chân không
3 Sứ bảo vệ cách điện
4 Đầu ra
5 Thanh dẫn
6 lò xo tiếp điểm

7 cổ cách điện
8 trục giữ
9 Bộ phận điều chỉnh khoảng cách giữa các tiếp điểm
10 Cảm biến vị trí bảo vệ cách điện
11 Cuộn đóng
12 Nam châm vĩnh cửu
13 Thanh nam châm chuyển động trong lòng cuộn dây
14 Cuộn ngắt
15 Bộ phận đóng ngắt băng tay
Máy ngắt đ-ợc thiết kế có những kết cấu gồm những phần chính sau:
1.Mạch vòng dẫn điện
Mạch vòng dẫn điện là bộ phận dẫn điện vào và lấy điện ra của máy ngắt
nó gồm có:
a) Thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh
+ Tiết diện hình tròn và chữ nhật
+ Vật liệu làm bằng đồng
b) Đầu nối
Yêu cầu của đầu nối là phải tạo ra đ-ợc lực ép cần thiết để điện trở tiếp
xúc nhỏ hơn giá trị cho phép. Để tạo ra lục ép cần thiết ta sử dụng các bu
lông và ốc viết .
c) Tiếp điểm.
Đây là bộ phận quan trọng của khí cụ điện nói chung và máy phát nói
riêng,với dòng điện định mức 1000A thì nên chọn kết tiếp điểm dạng tiếp
xúc mặt hình nón cụt vật liệu làm tiếp điểm là đồng cadini thoả mãn các yêu
cầu với dòng điện làm việc lớn ( ví dụ nhiệt độ nóng chảy cao, điện trở suất
nhỏ ).
2)Buồng dập hồ quang
Khi đóng cắt hồ quang phát sinh nó d-ợc dập tắt trong môi tr-ơng chân
không. Đối với máy ngắt chân không buồng dập hồ quang là bộ phận hết sức
quan trọng, đó là một buồng kín có độ chân không cao trong đó có các tiếp

điểm tĩnh và tiếp điểm động.
3)Cơ cấu truyền động
Sử dụng cơ cấu truyền lực đồng thời kết hợp với việc sử dụng nam châm
điện thực hiện thao tác đóng ngắt ( ở đây sử dụng một cuộn dây đóng và một
cuộn dây ngắt khi các cuộn dây nam châm điện nam châm diện này đ-ợc cấp
điện thì nó sẽ sinh ra lực điện từ tác động lên cơ cấu truyền động thực hiện
các thao tác đóng ngắt t-ơng ứng ).
4) Kết cấu bộ phận dẫn điện
- Mỗi pha sử dụng một buồng dập hồ quang nên việc tính toán cách điện
giữa các pha chỉ cần tính toán ở đầu vào và đầu ra.
- Cách điện ở các bộ phận mang điện với đất ta chọn kết cấu sứ trụ ( có thể
thay bằng vật liệu dẻo epoxy )
Nguyên lý hoạt động:
Máy ngắt đ-ợc thiết kế theo sơ đồ trên có thể làm việc ở hai chế độ tự
động và bằng tay.
- Chế độ làm việc bằng tay d-ợc thục hiện bằng thanh truyền lực 15.
Khi tác động vào thanh truyền lực 15 thông qua cơ cấu truyền động tác động
lực nên cần mang tiếp điểm động thục hiện thao tác đóng ngắt tuỳ theo trạng
thái tác động.
- Chế độ làm việc tự động đ-ợc thực hiện thông qua nam châm điện, khi
có tín hiệu tác động các nam châm này sẽ thực hiện các thao tác đóng ngắt.
+ Để thực hiện thao tác đóng thì cuộn dây đóng sẽ đ-ợc cấp điện đồng
thời cuộn dây ngắt sẽ bi cắt điện. Cuộn đóng đ-ợc cấp điện sẽ tạo ra trong
lòng nó một từ tr-ờng. Từ tr-ờng này sẽ tác động lên thanh nam châm vĩnh
cửu đặt trong lòng của nó một lực điện từ F
dt
thông qua bô truyền động tác
động lên thanh dẫn động đ-a tiếp điểm động lại gần tiếp điểm tĩnh và thực
hiện thao tác đóng. T-ơng tự nh- thế khi muốn ngắt mạch thì cấp điện cho
cho cuộn ngắt và ngắt điện ở cuộn đóng, cuộn ngắt có điện sẽ sinh ra lực

điện từ tác động lên thanh nam châm vĩnh cửu qua bộ truyền động tác động
lên thanh dẫn động và đ-a tiép điểm động ra xa tiếp điểm tĩnh.
_ Khi các tiếp điểm ở trạng thái đóng thì lò xo 6 tạo ra lực ép tiếp điểm
đồng thời cuộn đồng 11 tác động giữ cho hai tiếp điểm luôn tiếp xũc với
nhau một cách chắc chắn.
Chú ý; Khi máy ngắt ở trạng thái đóng thì cuộn đóng luôn có điện còn cuộn
ngắt không có điện ng-ợc lại khi máy ngắt ở trang thái ngắt thì cuộn ngắt có
điện còn cuộn đóng bị cắt điện.