Giáo trình Thiết bị điện: Phần 2 - Lê Thành Bắc

Chia sẻ: Tieppham Tieppham | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

293
lượt xem 73
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn tham khảo phần 2 của Giáo trình Thiết bị điện do Lê Thành Bắc biên soạn để cùng tìm hiểu một số kiến thức cơ bản về: Dao ngắt, máy ngắt điện, thiết bị chống sét, kháng điện, biến áp đo lường, hệ thiết bị Scada. Tài liệu rất thích hợp với các bạn sinh viên chuyên về lĩnh vực điện/điện tử.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thiết bị điện: Phần 2 - Lê Thành Bắc

PHẦN THỨ BA THIẾT BỊ ĐIỆN TRUNG - CAO ÁP Chương 10. DAO NGẮT 10.1. CÁC ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC ĐẶC TÍNH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT 1. Các định nghĩa của thiết bị điện đóng ngắt -Dao cách li là thiết bị đóng ngắt cơ khí, ở vị trí mở tạo nên một khoảng cách cách điện. Chúng có khả năng mở hoặc đóng mạch nếu dòng điện đóng mở không đáng kể hoặc sự biến thiên điện áp giữa các đầu cực là không đáng kể. Trong điều kiện làm việc bình thường và bất thường (ngắn mạch), dao cách li có thể cho dòng điện chạy qua trong thời gian quy định. -Khoảng cách cách điện là khoảng cách trong chất khí hoặc chất lỏng có cường độ điện môi quy định khi thiết bị đóng ngắt mở mạch. Để bảo vệ người và thiết bị chúng phải thỏa mãn các điều kiện đặc biệt và sự có mặt của nó phải được nhận rõ khi thiết bị đóng ngắt ở vị trí mở . -Cầu dao là thiết bị đóng ngắt cơ khí. Chúng không những dẫn và ngắt dòng điện ở điều kiện bình thường trong lưới điện mà còn dẫn dòng điện trong khoảng thời gian quy định và có khả năng dẫn dòng điện tăng cao ở cả các điều kiện bất thường của lưới điện. -Dao cách li -cầu dao là cầu dao khi ở vị trí mở thỏa mãn được các yêu cầu cách li của dao cách li. -Máy ngắt là thiết bị đóng ngắt cơ khí có khả năng dẫn, ngắt dòng điện trong mạch ở điều kiện bình thường, dẫn trong thời gian quy định và ngắt dòng điện tăng lên trong mạch ở điều kiện không bình thường đã xác định (ví dụ ngắn mạch). -Cầu dao nối đất là thiết bị đóng ngắt cơ khí dùng để nối đất và tạo ngắn mạch. Chúng có khả năng chịu dòng điện ở điều kiện không bình thường và không đòi hỏi dẫn dòng điện làm việc bình thường. Cầu dao nối đất có khả năng tạo dòng điện ngắn mạch. -Cầu chảy là thiết bị bảo vệ nhờ nóng chảy một hoặc nhiều đoạn dây chảy, được chế tạo nhằm mục đích làm hở mạch khi dòng điện này vượt quá giá trị quy định trong khoảng thời gian đủ lớn. -Các công tắc phụ, mạch phụ: công tắc phụ được thiết kế với dòng một chiều ít nhất là 10 A, có khả năng đóng và ngắt dòng điện trong mạch điều khiển. Các thông số chi tiết do nhà sản xuất cung cấp. Nếu thông tin này chưa đầy đủ các công tắc phụ phải có khả năng đóng và ngắt dòng điện ít nhất là 2A ở điện áp 220V một chiều khi hằng số thời gian tối thiểu của mạch là 20ms. Các đầu cực và dây mạch phụ phải được thiết kế cho qua dòng một chiều ít nhất là 10A. Các công tắc phụ phải được tác động trực tiếp ở cả hai chiều. 2. Các đặc tính điện của thiết bị đóng ngắt -Dòng điện đóng: là trị số đỉnh nửa sóng đầu của dòng điện ở một cực của thiết bị đóng ngắt khi đóng. -Dòng điện đỉnh: là trị số đỉnh nửa sóng đầu của dòng điện trong khi xảy ra quá độ sau khi dòng điện bắt đầu chạy mà thiết bị đóng ngắt phải chịu đựng ở vị trí đóng trong các điều kiện quy định. -Dòng điện cắt: là dòng điện ở một cực của thiết bị đóng ngắt hoặc của cầu chảy ở ngay thời điểm ban đầu của hồ quang trong quá trình cắt. -Khả năng đóng: là trị số dòng điện đóng mà ở điện áp đã cho thiết bị đóng ngắt có thể đóng trong các điều kiện sử dụng và tính năng quy định để đóng tới giá trị dòng điện làm việc. -Khả năng cắt: là gía trị của dòng điện cắt chờ đợi ở điện áp đã cho của thiết bị đóng ngắt có thể cắt dòng điện trong điều kiện sử dụng và tính năng quy định để ngắt giá trị dòng điện làm việc. -Sự cố ngắn mạch đầu cực: là ngắn mạch trên đường dây trên không ở khoảng cách rất ngắn không đáng kể từ đầu cực máy ngắt. -Khả năng đóng/cắt (đóng và cắt ): trong điều kiện không đồng bộ: là khả năng đóng hoặc cắt khi mất đồng bộ hoặc không có lưới trước và sau máy ngắt trong điều kiện sử dụng và tính năng quy định. -Dòng điện bình thường: là dòng điện trong mạch chính mà thiết bị dóng cắt có thể dẫn một cách liên tục trong điều kiện sử dụng và tính năng quy định. -Dòng điện chịu ngắn hạn: là trị số hiệu dụng của dòng điện khi thiết bị đóng ngắt ở vị trí đóng có thể dẫn dòng điện ngắn mạch định mức ở điều kiện sử dụng và tính năng quy định, được tiêu chuẩn hóa. 113
-Điện áp định mức: là giới hạn trên của điện áp cao nhất của lưới mà thiết bị đóng ngắt được thiết kế. Điện áp định mức được tiêu chuẩn hóa. -Điện áp đặt: Điện áp giữa các đầu cực của thiết bị đóng ngắt ngay trước khi đóng dòng điện. -Điện áp phục hồi: là điện áp xuất hiện trên các đầu cực của thiết bị đóng ngắt hoặc cầu chảy sau khi dòng điện bị ngắt. -Thời gian mở: là khoảng thời gian giữa thời điểm ban đầu quy định của thao tác mở và thời gian phân tách tiếp điểm hồ quang ở tất cả các cực. -Thời gian đóng: là khoảng thời gian giữa thời điểm ban đầu quy định thao tác đóng và thời điểm tất cả các cực của tiếp điểm chạm nhau. -Trị số chịu đựng: là giá trị lớn nhất của đại lượng đặc trưng mà thiết bị đóng ngắt được phép đóng/cắt nhưng không làm hư hỏng tính năng. Trị số chịu đựng ít nhất phải bằng trị số định mức. -Trị số định mức: là giá trị của các đại lượng đặc trưng sử dụng để xác định các điều kiện vận hành mà thiết bị đóng ngắt được thiết kế, chế tạo mà nhà sản xuất cần phải đảm bảo. -Trị số tiêu chuẩn: là giá trị được định nghĩa trong các quy định chính thức mà các thiết kế thiết bị phải dựa vào: + Điện áp định mức tiêu chuẩn : 3,6; 7,2; 12; 17,5; 24; 36; 52; 72,5; 100; 123; 145, 170; 245; 300, 362; 420; 525; 765 kV. + Dòng điện bình thường định mức tiêu chuẩn: 200; 400; 630; 800; 1250; 1600; 2000; 2500; 3150; 4000; 5000; 6300A. + Dòng điện ngắn hạn định mức tiêu chuẩn: 6.3; 8; 10; 12,5;16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100kA. -Điện áp chịu tần số nguồn định mức: là trị số hiệu dụng của điện áp xoay chiều hình sin ở tần số hệ thống mà cách điện của thiết bị phải chịu đựng trong thời gian 1 phút ở các điều kiện thử nghiệm quy định. -Điện áp chịu xung sét định mức: là giá trị đỉnh của điện áp xung sét tiêu chuẩn 1,2/50 μ s mà cách điện của thiết bị phải chịu đựng. -Điện áp chịu xung đóng mở định mức: là giá trị đỉnh của điện áp đóng mở đơn cực tiêu chuẩn 250/2500 μ s mà cách điện của thiết bị có điện áp định mức 300 kV và lớn hơn cần phải chịu. Theo tiêu chuẩn mới khoảng cách cách điện của dao cách li ở điện áp định mức 300kV và lớn hơn được thử nghiêm bằng cách đặt điện áp tần số nguồn cho một cực và khi đạt đến trị số đỉnh thì đặt vào cực kia điện áp xung sét ngược cực tính hoặc điện áp xung đóng mở, thử nghiệm hai cực này gọi là thử nghiệm kép. 10.2. DAO CÁCH LI Kiểu dao cách li được lựa chọn chủ yếu xác định theo sơ đồ trạm. Ngày nay dao cách li được chế tạo có dải điện áp từ 72,5 đến 800 kV, dòng từ 1250 đến 4000 A và dòng ngắn mạch đỉnh tới 63 dến 160 kA. 1. Dao cách li kiểu quay a) Dao cách li quay hai trụ Đó là loại dao cách li thông dụng có điện áp từ 72,5 đến 420kV, chủ yếu sử dụng trong các trạm biến áp nhỏ hoặc các trạm biến áp lớn ngoài trời như trạm đường dây đến hoặc dao cách li phân đoạn. Cầu dao nối đất có thể được lắp ở bất kỳ phía nào. Hình 10-1 sau cho thấy một dao cách li hai đế quay được lắp trên khung thép cán định hình và được nối bằng thanh kẹp. Các sứ đỡ được gắn với bệ quay và trên đỉnh gắn với khớp xoay có cần và tiếp điểm cao áp. Khi thao tác cả hai cần quay một góc 900. 114
Ở vị trí mở , dao cách li có điểm cắt giữa hai trụ tạo nên khoảng cách cách điện nằm ngang. Bệ quay có cơ cấu chịu được điều kiện thời tiết và không cần bảo dưỡng ổ bi. Bệ quay được lắp trên bu lông cho phép điều chỉnh chính xác hệ thống tiếp điểm một khi thiết bị thẳng hàng và cũng cho phep có dung sai sứ cách điện. Các tay khớp cấu trúc bằng nhôm hàn có chi tiết tiếp điểm không bị ăn mòn và thời gian lâu không làm giảm giá trị của điện trở. Dao cách li có điện áp U > 170 kV có thêm thiết bị khóa liên động tránh các tay bị tách ra khi xảy ra sự cố dòng ngắn mạch lớn. Dây dẫn điện tới các đầu quay được bảo vệ hoàn toàn và không cần bảo dưỡng. Dao cách li như hình 10- 1, các đầu cao áp có thể quay 3600 đảm bảo cho ống hoặc dây dẫn được nối theo phương bất kỳ. Hệ thống tiếp điểm có cấu trúc hỗn hợp đồng thép với chùm tiếp điểm ôm chặt. Chúng có mỡ khô bôi trơn thường xuyên và không cần bảo dưỡng. Nếu cần mỗi cực dao cách li có thể được trang bị một hoặc hai cầu dao nối đất. Cả dao cách li và cầu dao nối đất đều có cơ cấu thao tác khóa liên động điểm chết. Như vậy đề phòng sự thay đổi vị trí khi làm việc ở tình huống nguy hiểm như có ngắn mạch, động đất hay gió mạnh. Dao cách li và cầu dao nối đất có cơ cấu thao tác riêng. Một cơ cấu thao tác một nhóm hai hoặc ba cực, các cực của một nhóm được liên kết cơ khí bằng thanh nối. Lực tác động từ bộ truyền động được truyền đến đế quay và làm đế quay một góc 900 đồng thời quay đế thứ hai. Khi mở và đóng các tiếp điểm dao cách li quay và chuyển động trượt để dễ dàng cắt khi bị bụi hoặc băng bám đầy. Lực của cơ cấu thao tác được truyền tới trục của cầu dao nối đất. Khi dao cách li đóng tay của cầu dao nối đất đập mạnh và gài tiếp điểm nối đất vào khớp. b) Dao cách li quay ba trụ Dao cách li loại này chủ yếu sử dụng ở châu Âu và thường dùng cho mạng trung áp. So với loại hai trụ chúng cho phép khoảng cách giữa các pha nhỏ hơn. Lực kéo tĩnh đầu cuối dao cao hơn. Hai sứ cách điện phía ngoài được cố định trên bệ khung và mang hệ thống tiếp điểm (hình 10-2). Sứ cách điện giữa đứng trên đế quay và đỡ cần tác động, khi tác động nó quay khoảng 600 và gài hệ thống tiếp điểm lên sứ phía ngoài. 115
Các tiếp điểm của cầu dao nối đất có thể được lắp ở cả hai phía và được đặt ở hệ thống tiếp điểm tĩnh. Dao cách li 3 trụ được chế tạo bằng các chi tiết giống dao hai trụ ở trên. 2. Dao cách li một trụ tiếp điểm đóng mở Trong các trạm cao áp và khi có nhiều thanh góp dao cách li một trụ (còn gọi là dao cách li kiểu máy vẽ thanh truyền hoặc dao cách li thẳng đứng) cho trong hình 10-3. Hình 10-2: Dao cách li quay ba trụ kiểu TDA,145kV Đòi hỏi diện tích mặt bằng nhỏ hơn so với các loại dao cách li khác. Do vậy chúng được sử dụng rộng rãi giúp làm gọn hơn sơ đồ trạm. Vị trí đóng ngắt được thể hiện rõ ràng theo khoảng cách cách điện thẳng đứng. Đế dao cách li là khung, trên đó có sứ đỡ mang chi tiết chính có cơ cấu thanh truyền và hộp số. Lực tác động được sứ quay truyền đến hộp số , tiếp điểm treo đặt trên thanh góp nằm phía trên cao dao cách li. Khi đóng hai thanh truyền ép chặt lấy tiếp điểm treo, đường dây cung cấp được nối với đầu cao áp trên hộp số. Nếu muốn, mỗi cực dao cách li có thể được trang bị cầu dao nối đất quay hoặc thẳng. Khung có gắn ổ quay để truyền lực tác động từ cơ cấu thao tác tới hộp số và được gắn chắc với cột đỡ bằng bốn bu lông. Các bu lông này cho phép điều chỉnh chính xác dao cách li với tiếp điểm treo, đó là ưu điểm của loai này khi lắp đặt và vận hành. Chiều cao quá mức của dao cách li có thể đặt không khớp trên nền, nhưng điều này có thể được bù lại bằng cách điều chỉnh các bu lông đế. Cơ cấu thanh truyền có cấu trúc bằng nhôm hàn (giống như mọi kiểu có dòng điện đỉnh tới 200 kA), cơ cấu được cố định và chốt vào trục thanh truyền trong hộp số. Bộ phận này có khả năng chuyển dịch, đảm bảo áp suất tiếp điểm cao giữa đầu trên của thanh truyền và tiếp điểm kẹp. Áp suất tiếp điểm từ 70 đến 150 kp (theo thiết kế) không chỉ đảm bảo truyền động dòng điện hiệu quả mà còn giúp cắt được dễ dàng ngay cả khi băng bám đầy. Tiếp xúc giữa hộp số và các thanh truyền từ dưới đến các thanh truyền trên nhờ lá đồng mạ bạc nhiều lớp đàn hồi hoặc tiếp điểm con lăn. Thanh tiếp xúc ở đầu thanh truyền và tiếp điểm treo làm từ tấm đồng mạ bạc hoặc bạc tinh khiết khi chế độ làm việc nặng nề hoặc trong các trường hợp đặc biệt vì vậy ít làm mòn tiếp điểm, đảm bảo dẫn dòng điện tốt và thời gian làm việc lâu dài. Dao cách li dùng cho dòng điện ngắn mạch cao có thiết bị cản lực giữ các điểm ghép nối thanh truyền. Ở vị trí đóng, các tiếp điểm nối này hạn chế khoảng cách giữa hai thanh truyền, do vậy đề phòng mọi khả năng làm giảm áp suất tiếp điểm và cản dịu mọi dao động của các thanh tiếp xúc do ngắn mạch gây ra. Dao cách li một trụ có khóa liên động điểm chết trong hộp số, do đó vị trí của nó không thể thay đổi một cách tự phát. Việc chỉnh định vẫn được tiến hành ngay cả khi sứ quay cắt ra hoặc chấn động mạnh do động đất hoặc do lực ngắn mạch. Cơ cấu chống vầng quang ở đầu thanh truyền tác động để dừng tiếp điểm treo nếu nó chuyển động thẳng đứng. Vòng kẹp vẫn nằm chắc chắn trong vùng tiếp điểm ngay cả khi chịu áp suất do ngắn mạch. Khối thanh truyền và hộp số được lắp tại nhà máy, làm giam đáng kể thời gian lắp đặt tại chỗ. Lò xo bù trong hộp số trợ giúp lực tác động khi đóng, khi mở nó quay cần nhẹ nhàng về vị trí gập lại. 116
Các phương án đặc biệt của dao cách li một trụ đã được sử dụng từ lâu trong các trạm dòng điện một chiều cao áp (HVDC). Mỗi cực của dao cách li có cơ cấu thao tác riêng. Khi dao cách li đóng các cần thanh truyền thực hiện chuyển động khớp vào và đảm bảo gài chặt các tiếp điểm treo, tuy nhiên trong một số trường hợp có xê dịch do điều kiện thời tiết. 3. Tiếp điểm treo dùng trong đóng ngắt dòng điện của dao cách li một trụ Trong các trạm đóng ngắt ngoài trời, việc thay đổi thanh góp không làm ngắt dòng điện cung cấp nhưng làm tăng các dòng điện đóng ngắt khi thao tác đóng mở và các dòng này có thể dẫn đến làm tăng nhiệt ở các tiếp điểm dao cách li và ở tiếp điểm tĩnh. Trị số dòng điện này phụ thuộc Hình 10-3 khoảng cách vị trí đóng ngắt tới nguồn cung cấp hoặc phương thức làm việc của bộ chuyển mạch, nghĩa là thanh góp hoặc khoang đóng ngắt, ở khoang đóng ngắt tạo nên ứng suất cao hơn. Trị số điện áp đóng mở có thể được tìm qua tính toán. Hiện tượng đóng mở có thể xảy ra cả khi đang đóng hoặc mở. Đóng làm tăng sự dồn ép giữa cần của dao cách li và tiếp điểm kẹp, tạo nên tia lửa nhỏ do đó làm tiếp điểm mòn dần. Khi mở, hồ quang phát sinh giữa các tiếp điểm tách dời và duy trì cho đến khi có điện áp ngược cần thiết để dập tắt hồ quang. Trưóc tiên các tiếp điểm chuyển động chậm, quá trình này xảy ra trong vài chu kỳ gây hư hại các phần tử tiếp xúc của dao cách li. Trạm đóng ngắt 420 kV công suất lớn có thể phải chịu đựng điện áp đóng mở đến 300 V và dòng điện đóng mở đến 1600A. Hình 10-4 và 10-5 là tiếp điểm đóng mở treo do hãng ABB chế tạo dùng cho dao cách li một trụ có hai hệ thống đóng mở phụ kiểu kín, tác động độc lập với nhau. Do đó nó luôn đảm bảo có được hoạt 117
động đúng bất kể tay truyền dẫn trước chạm vào hoặc cái sau tách khỏi tiếp điểm treo. Hệ thống đóng mở phụ nằm trong mũ chống vầng hào quang và bao gồm tiếp điểm bật (ghép với thanh tiếp điểm phụ bằng lẫy) và thiết bị dập tắt hồ quang khử ion. Tiếp điểm bật mở và đóng theo tốc độ đóng mở khi thanh tiếp điểm phụ ở vào vị trí nào đó. Khi mở thời gian hồ quang kéo dài khoảng 25 ms sự hao mòn trên tiếp điểm lẫy rất ít và dòng điện được ngắt một cách an toàn trước khi phân tách thanh tiếp điểm dao cách li. Bằng cách phân tách hệ thống tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ nên không có lực tác động nên tiếp điểm sau trong trường hợp sự cố. Thử nghiệm ngắn mạch cho thấy cường độ chịu xung đến 200kA. Mỗi hệ thống đóng ngắt có thể thực hiện ít nhất 350 chu kỳ đóng ngắt với dòng điện đóng mở 1600A và điện áp đóng mở tới 330V. Việc bố trí các tiếp điểm treo đóng mở như vậy tạo nên sự linh hoạt và tin cậy cho người vận hành hệ thống. Những tiếp điểm này có thể được lắp đặt để nâng cấp các trạm đang hoạt động với các thiết bị cũ hiện nay. 4. Dao cách li hai trụ đứng cắt ở giữa Khi điện áp làm việc tăng, khoảng cách cách điện rộng đòi hỏi cần tiếp điểm dài. Dao cách li cắt thẳng đứng ở giữa có hai cần tiếp điểm dùng cho mạng điện áp bằng hoặc lớn hơn 400kV, ở đây có nhiều ưu điểm hơn. Hình 10-6 cho thấy hai cột sứ đỡ được lắp trên khung. Gắn với chúng là hộp số có các cần tiếp điểm và đầu cao áp. Sứ quay nối với ổ quay trên khung ở đầu ổ trên hộp số. Cơ cấu thao tác được đặt dưới tâm khung, lực được truyền đến hai ổ quay bằng thanh giằng. Tùy theo yêu cầu, cả hai phía của dao cách li có thể đặt cầu dao nối đất. Các tiếp điểm nối đất được lắp trên tay đỡ giữa sứ và hộp số. Dao cách li cắt ở giữa đặt đứng đòi hỏi lực thao tác nhỏ hơn các loại khác có cần một tiếp điểm. Cột đỡ của trạm không cần cao quá do đó chi phí làm nền móng cũng thấp hơn. Cấu trúc cơ khí của dao cách li cũng đơn giản bởi tay cầm mang dòng điện chỉ quay theo mặt thẳng đứng không có chuyển động quay phụ để đạt được áp suất tiếp điểm cần thiết. Giống như các loại dao cách li khác sứ đỡ được đặt trên các bu lông đế sau khi căng dây cho phep điều chỉnh chính xác cần tiếp xúc và bù dung sai của sứ đỡ. Sứ quay có ổ đứng trên đầu hộp số và truyền lực tác động mà không bị xoắn, hộp số và nửa tay cần tiếp điểm tạo nên bộ khớp cơ khí. Các tay cần tiếp điểm chế tạo các linh kiện dao cách li quay hai trụ bằng cấu trúc nhôm hàn, chỉ một vài mối nối sử dụng bu lông. Các tiếp điểm quay truyền dòng điện đến hộp nhôm đúc chịu được mọi thời tiết. Áp suất tiếp điểm thấp làm cho tiếp điểm ít bị mòn, thiết bị khóa liên động đề phòng tay cần tiếp điểm tách dời khi có dòng ngắn mạch cao và đảm bảo làm việc không sai sót trong các điều kiện bất thường. Thanh truyền chéo truyền lực tác động từ cơ cấu thao tác đến hai ổ dưới và quay các sứ quay đến ổ trục trong hộp số. Thanh truyền chéo và các thanh tác động ở hộp số vượt qua điểm chết rất nhanh trước khi đạt đến vị trí mở và khóa tay cần máy dẫn dòng điện ở vị trí này. Mỗi tay cần tiếp điểm quay thẳng đứng một góc 900. Ở vị trí mở chúng hướng thẳng đứng lên trên, tạo ra khoảng cách cách điện theo chiều ngang. 118
10.3. CẦU DAO NỐI ĐẤT MỘT TRỤ Trong các trạm ngoài trời, cầu dao nối đất không những đòi hỏi đặt trực tiếp ở dao cách li mà còn ở cả các vị trí khác. Ví dụ để nối đất cho các phân đoạn thanh góp riêng rẽ. Cầu dao nối đất một trụ dùng cho trường hợp này có thể được sử dụng như bệ đỡ cho thanh góp dạng ống. Cầu dao nối đất lắp vào dao cách li hoặc đặt riêng trên một cột có cùng các linh kiện như nhau, chỉ khác biệt là khung là giá đỡ cho tiếp điểm nối đất. Khung đế có sứ đỡ cách điện cho cơ cấu thao tác (hình 10-7) được gắn với chi tiết đỡ tiếp điểm và tiếp điểm nối đất. Theo yêu cầu khác nhau có hai kiểu dao nối đất: Cầu dao nối đất thẳng đứng dùng cho điện áp định mức và dòng điện đỉnh thấp. Cầu dao nối đất quay thẳng dùng cho điện áp và dòng điện đỉnh cao hơn. Sự khác nhau của hai loại cầu dao này nằm ở chỗ thiết kế cơ cấu thao tác và do đó dẫn đến chuyển động mà cần tiếp xúc thực hiện. Cần tiếp xúc của cầu dao nối đất thẳng đứng có khả năng khớp nối trên trục và chỉ thực hiện chuyển động quay với góc khoảng 900. Ở vị trí đóng, tiếp điểm nối đất nằm giữa các ngón tiếp xúc và những ngón này ép lò xo lại. Cơ cấu cầu dao nối đất quay thẳng đứng cho phép làm tăng tính năng, tay tiếp điểm quay trước nhưng cuối vòng quay chuyển sang đường thẳng vào tiếp điểm nối đất. Lá tiếp điểm trên tay cần tiếp xúc cố định vào tiếp điểm nối đất tạo nên chỗ nối có thể chịu dòng điện đỉnh cao. 10.4. CƠ CẤU THAO TÁC CỦA DAO CÁCH LI VÀ CẦU DAO NỐI ĐẤT Cơ cấu thao tác dao cách li và cầu dao nối đất được truyền động bằng động cơ hoặc thao tác bằng tay. Nói chung cơ cấu thao tác được lắp trực tiếp trên khung đế của dao cách li hoặc cầu dao nối đất. Tuy vậy, vì dao cách li được lắp cách mặt đất (ví dụ lắp trên cột) nên cần phải có cơ cấu thao tác đạt đến vị trí đó. Bộ phận tác động tác động đòi hỏi có ổ bi và các thanh nối phụ . Có thể thao tác bằng tay khẩn cấp với mọi loại cơ cấu thao tác nếu khi nguồn bị sự cố hoặc khi tiến hành điều chỉnh. Cơ cấu thao tác cũng gắn với công tắc báo hiệu vị trí đóng mở, dùng cho các mục đích kiểm tra và khóa liên động. Loại truyền dẫn bằng động cơ cũng có công tắc và thiết bị điều khiển. Hệ thống điều khiển được bố trí sao cho chỉ cần một xung đóng mở và cơ cấu chấp hành tự động cắt khi đạt đến vị trí cuối. Trường hợp thao tác bằng tay khẩn cấp, tiếp điểm an toàn ngắt mạch động cơ sao cho không thể tác động cùng lúc từ buồng điều khiển. Các hệ thống truyền động động cơ cũng được trang bị điều khiển tại chỗ và điều khiển từ xa. 119
Để đề phòng thao tác sai, các cơ cấu của dao cách li và dao nối đất được khóa liên động lẫn nhau(hệ thống động cơ chạy điện và hệ thống có thao tác bằng tay). Các hệ thống thao tác bằng tay và bằng động cơ có thể được trang bị bằng cuộn dây khóa hình xuyến, khi điện áp khóa liên động bị mất tránh được tác động nhầm bằng tay. Thao tác tại chỗ chỉ có thể được tiến hành nếu có điện áp và các điều kiện khóa liên động quy định được thỏa mãn. Ví dụ: dao cách li chỉ có thể đóng hoặc mở được nếu máy ngắt liên quan đến nó mở. Cũng có thể trang bị nhiều loại khóa liên động. Hệ thống tác động của dao cách li và cầu dao nối đất có khóa liên động điểm chết, sao cho vị trí đóng mở không thể thay đổi một cách ngẫu nhiên do các điều kiện sự cố như ngắn mạch có động đất hay gió bão xảy ra. 10.5. CẦU DAO CAO ÁP Cầu dao cao áp là cơ cấu đóng ngắt cơ khí có khả năng đóng/dẫn và cắt dòng điện, kể cả quá tải làm việc quy định ở các điều kiện làm việc bình thường trong lưới điện và cũng có thể dẫn điện ở các điều kiện bất thường đã quy định. Ví dụ ngắn mạch trong khoảng thời gian quy định. Cầu dao cao áp cũng có thể đóng dòng ngắn mạch nhưng không cắt chúng. Cầu dao cao áp được thiết kế cho cả trạm trong nhà và ngoài trời, theo chức năng đóng ngắt và áp dụng có sự phân biệt giữa : -Cầu dao thông dụng. -Cầu dao có mục đích đặc biệt. -Cầu dao có mục đích hạn chế. -Cầu dao chuyên dụng. -Cầu dao một bộ tụ điện. -Cầu dao bộ tụ. -Cầu dao kháng điện song song. Khi sử dụng dao cách li -cầu dao mà ở vị trí mở phải thỏa mãn các yêu cầu cách điện quy định cho dao cách li. Các cầu dao cao áp hiện nay hiện nay cũng đang được sử dụng cho các trạm . 120
Hình 10-9: Bộ truyền động bằng hệ trục khớp cho dao cách li 10.6. DAO CÁCH LI VÀ CẦU DAO PHỤ TẢI LƯỚI TRUNG ÁP 1. Dao cách li trung áp Các dao cách li dùng cho thiết bị trung áp chủ yếu là kiểu tiếp điểm dao (hình 10- 8). Cần đặc biệt chú ý đến chuyển động quay quanh trụ của lưỡi dao khi quyết định kích thước tủ để đảm bảo khoảng cách cách điện yêu cầu. Tủ đóng ngắt có dao cách li kiểu tiếp điểm dao đòi hỏi được lắp sâu hơn so với kiểu trượt. Lưỡi dao cách li khi đặt đứng hoặc treo cần đề phòng chuyển động tự phát do trọng lượng của chúng. Các dao cách li có điện áp định mức tới 36 kV thường được thao tác bằng tay. Trong các thiết bị điều khiển từ xa, dao cách li được tác động bằng động cơ hoặc khí nén. Lắp cầu dao nối đất, kể cả khi các cầu dao có đủ khả năng đóng/cắt mạch. Các dao cách li có điện áp nhỏ hơn 36 kV phải thỏa mãn các điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn (như IEC). Nếu thiết kế dao cách li hoặc bất cứ thiết bị cao áp nào tạo nên khoảng cách cách điện nhỏ hơn khoảng cách cách điện tối thiểu quy định cho thiết bị đó (như tiêu chuẩn DIN VDE 0101) thì thiết bị phải được thử nghiệm với dây nối trong vùng có khoảng cách cách điện nhỏ hơn 121
giá trị tối thiểu cho phép. Vùng này được gọi là vùng nối thử nghiệm và phải đưa vào chỉ dẫn thao tác cùng với các kích thước chính (hình 10-10). 2. Dao cách li - cầu dao phụ tải Dao cách li cầu dao phụ tải được sử dụng ngày càng nhiều trong các trạm đóng ngắt trung áp cũng như việc sử dụng các dao cách li và máy ngắt mạch. Dao cách li cầu dao phụ tải có khả năng đóng ngắt hoàn toàn mạch và có thể điều khiển mọi thao tác đóng mở mạch không sự cố. Dao cách li - Cầu dao phụ tải là cầu dao phụ tải mà có khoảng cách cách điện có thể quan sát được. Hình 10-11 là loại cầu dao phụ tải kiểu tiếp điểm dao. Dao cách li -Cầu dao phụ tải có thể được tác động bằng một trong hai cách sau: a) Cơ cấu bật Cơ cấu lò xo được kéo và nhả nhanh trước khi thực hiện góc đóng mở và lực của nó được sử dụng để làm chuyển động tiếp điểm. Quá trình được sử dụng cả khi đóng và khi mở. b) Cơ cấu tích năng lượng Hệ thống này có một lò xo để đóng và một lò xo để mở. Khi thao tác đóng, lò xo mở căng ra và chốt lại. Năng lượng tích lũy để thao tác mở được giải phóng bởi chốt từ hoặc cầu chảy cao áp (HRC). 122
Chương 11. MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP 11.1. CHỨC NĂNG- PHÂN LOẠI- CÁCH LỰA CHỌN VÀ CẤU TRÚC MÁY NGẮT 1. Chức năng Máy ngắt điện cao áp dùng để đóng, cắt mạch khi có dòng phụ tải và cả khi có dòng ngắn mạch. Máy ngắt cao áp là cơ cấu đóng mở cơ khí có khả năng đóng, dẫn liên tục và cắt dòng điện trong điều kiện bình thường và cả trong thời gian giới hạn khi xảy ra điều kiện bất thường trong mạch (ví dụ như ngắn mạch). Máy ngắt được sử dụng để đóng mở đường dây trên không, các nhánh cáp, máy biến áp, cuộn kháng điện và tụ điện. Chúng cũng được sử dụng cho thanh góp, sao cho điện năng có thể được truyền từ một thanh góp này sang một thanh góp khác. Máy ngắt được thiết kế đặc biệt dùng cho các nhiệm vụ đặc biệt như đường sắt, ở đó sử dụng 2 lưới 16 Hz, phải dập tắt hồ quang dài hơn (dài hơn nửa sóng). 3 Máy ngắt được sử dụng cho lò nung chảy có hoạt động thường xuyên thì yêu cầu lực tác động nhỏ hơn và dung lượng cắt thấp hơn. Do vậy chúng ít chịu mài mòn, mặc dù chế độ đóng mở cao và khoảng thời gian làm việc dài. Yêu cầu với chúng phải cắt nhanh, khi đóng/cắt không gây nổ hoặc cháy, kích thước gọn nhẹ, giá thành hạ. Trong máy ngắt cao áp vấn đề dập tắt hồ quang khi cắt ngắn mạch rất quan trọng. Do vậy thường căn cứ phương pháp dập hồ quang để phân loại máy ngắt. Ngắt dòng điện ngắn mạch là chế độ làm việc nặng nhất và cơ bản. 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 cả hệ thống ngắt. Trong nhiều trường hợp đại lượng quá điện áp được xác định bằng sự đặc biệt của kết cấu máy ngắt, cho nên các yêu cầu đối với máy ngắt cao áp hiện đại không giống như đối với một máy cách li dòng điện đơn giản mà phải yêu cầu như thiết bị ngắt mạch có dòng điện không làm nguy hại cho hệ thống và đảm bảo an toàn chắc chắn. Chế tạo máy ngắt nếu chỉ có tác dụng để ngắt dòng điện phụ tải thì đơn giản hơn. 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 chống sự tác động nhiệt, điện từ trong khi làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch phải chống 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 thêm nhiều 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 và nhiều những hiện tượng khác). Trong trường hợp các dự trữ kết cấu của máy ngắt qui định không tương ứng với điều kiện cho trước thì mỗi yếu tố đã kể có thể là nguyên nhân sinh hư hỏng từng bộ phận hay toàn bộ các phần của máy ngắt, dẫn tới phá hỏng sự làm việc bình thường của một khu vực trong hệ thống điện, nghĩa là dẫn tới sự cố. Máy ngắt phải tự động hạn chế sự cố trong hệ thống, 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 ở mọi giá trị. a) Yêu cầu chung đối với máy ngắt a.1) Sự tương ứng của các đặc tính máy ngắt đối với những qui định cho trước của nó. a.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 kĩ thuật khác nhau (như tiêu chuẩn Liên Xô cũ ΓOCT 687-41 hay các tiêu chuẩn quốc tế :IEC, DIN VDE, ANSI). b) Các yêu cầu đặc biệt 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, như: b.1) Khả năng làm việc ở vùng ẩm ướt, nhiều bụi bặm và có chất nổ. b.2) Khả năng làm việc ở vùng rất cao hơn mặt biển. b.3) Khả năng làm việc ở các thiết bị di động (đầu máy xe lửa điện, tàu thủy,...). b.4) Thích hợp với điều kiện làm việc ở nhiệt độ rất thấp. 123
Do năng lượng ngày càng phát triển, và áp dụng các phương pháp hoàn chỉnh trong vận hành hệ thống điện nên máy ngắt là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống yêu cầu nâng cao các chỉ tiêu kĩ thuật vận hành như: tăng dòng điện định mức, tăng công suất ngắt, nâng cao tác động nhanh, tác động nhanh nhiều lần của AΠB (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 thiết kế 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 trong một đơn vị công suất ngắt. Kết cấu của máy ngắt cần phải đơn giản, vững chắc, các chi tiết và các mối 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 rộng rãi các nguyên liệu có tính cơ, tính điện, tính nhiệt cao và kinh tế nhất (các nguyên liệu tiếp điểm đặc biệt, đồ gốm có độ bền cao,...). 2. Phân loại a) Máy ngắt nhiều dầu Dầu vừa là chất cách điện đồng thời sinh khí để dập tắt hồ quang. b) Máy ngắt ít dầu Lượng dầu ít chỉ đủ sinh khí dập tắt hồ quang còn cách điện là chất rắn. c) Máy ngắt không khí Dùng khí nén để dập tắt hồ quang. d) Máy ngắt tự sinh khí Dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí dưới tác dụng của nhiệt độ cao của hồ quang. Khí tự sinh ra có áp suất cao dập tắt hồ quang. e) Máy ngắt điện từ Hồ quang được dập trong khe hẹp làm bằng vật liệu rắn chịu được hồ quang, lực điện từ đẩy hồ quang vào khe. f) Máy ngắt chân không Hồ quang được dập trong môi trường chân không. g) Máy ngắt SF6 Dùng khí SF6 để dập hồ quang. 3. Các thông số chính của máy ngắt + Uđm là điện áp dây lớn nhất mà máy ngắt có thể làm việc bình thường tin cậy trong thời gian dài. Uđm xác kích thước lớn nhỏ của máy ngắt, có các cấp sau: 3, 6, 10, 15, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750kV. Bộ phận mang điện chịu được các cấp dòng điện: 32, 63, 100, 200,..., 25000A. + Iđm là dòng chạy lâu dài qua máy ngắt mà không làm quá nhiệt và không gây hư hỏng, (liên quan kích thước các chi tiết trong máy ngắt). + Iđđm là dòng ổn định động định mức. + Inhđm là dòng ổn định nhiệt tương ứng thời gian ổn định định mức tnh . + Icđm là dòng cắt định mức chính là dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất máy ngắt có thể cắt được mà không gây hư hại gì cho máy ngắt. Icđm xác định từ thực nghiệm. Vì máy ngắt phải cắt một số lần liên tục nên thí nghiệm đòi hỏi phải cắt được dòng cắt định mức theo chu trình sau: C - 180 - ĐC - 180 - ĐC (theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ). C-0,3-ĐC - 60 - ĐC (theo tiêu chuẩn IEC với máy ngắt SF6). Với loại máy ngắt 550MHMe-1P/S là loại siêu cao áp dùng để nối đất tụ bù đường dây 500kV có chu trình thao tác đặc biệt: C- 0,15 - Đ- 4- C- 15 - ĐC. Để xác định Icđm theo quy định có: * C: kí hiệu máy ngắt tác động cắt khi tín hiệu tới từ các rơle. *ĐC: thao tác đóng máy ngắt lúc ngắn mạch và sau đó lại cắt ra. *Đ: thao tác đóng máy ngắt. * 180, 0,15, 60,...:là khoảng thời gian giữa hai lần thao tác liên tục tính bằng giây (s). Công suất cắt định mức Scđm= 3 Uđm.Icgh + Icgh: dòng cắt lớn nhất cho phép khi U
- Tác động nhanh ttđ= (0,02 ÷ 0,06)s. - Tác động trung bình ttđ = (0,15 ÷ 0,1)s. - Tác động chậm ttđ = (0,15 ÷ 0,25)s. Ngoài ra yêu cầu máy ngắt có khả năng đóng mạch ngay cả khi đang có dòng ngắn mạch mà các đầu tiếp xúc không hư hại gì. 4. Cách lựa chọn máy ngắt Các điểm chính cần chú ý khi lựa chọn máy ngắt bao gồm: - Điện áp làm việc cực đại tại nơi đặt. - Độ cao của trạm so với mặt biển. - Dòng điện làm việc cực đại tại nơi đặt. - Dòng ngắn mạch cực đại tại nơi đặt. - Tần số hệ thống. - Khoảng thời gian tồn tại dòng ngắn mạch. - Chu kì đóng mở. - Các điều kiện làm việc đặc biệt và điều kiện khí hậu. Các trị số định mức có thể được lựa chọn ở bảng 11.1 và 11.2. Các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế quan trọng để đánh giá máy ngắt gồm: IEC, DIN VDE, ANSI (American National Standards Institution-viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ). Tiêu chuẩn Liên Xô cũ ΓOCT 687-41 Khi chọn cần phải dựa vào + So sánh các chỉ tiêu của các kiểu máy ngắt hiện có với những tham số cho trước. + Đánh giá khả năng thực tế và nguyên tắc 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 theo: + Theo loại môi trường dập hồ quang. + Theo cách dập hồ quang. + Theo phương pháp cách điện ở chỗ cao áp của các phần dẫn điện. + Theo điện áp định mức. + Theo dòng điện định mức. + Theo công suất ngắt định mức. + Theo quan hệ về kết cấu của bộ phận truyền động cơ khí của máy ngắt với truyền động. + Theo thang tác động nhanh. + Theo sự tiện lợi cho AΠB tức thời. Ở bảng 11.1 giới thiệu sự phân loại máy ngắt theo loại môi trường dập hồ quang và theo cách dập hồ quang. Bảng 11.2 giới thiệu các đặc điểm ưu và khuyết của các kiểu máy ngắt ở một số các thang điện áp khác nhau. Theo điện áp định mức ngắt có thể chia ra làm hai nhóm chính. - Máy ngắt điện áp 35kV và cao hơn là máy ngắt trạm biến áp. - Máy ngắt điện áp 20kV và thấp hơn là máy ngắt máy phát. Máy ngắt trạm biến áp là nhóm lớn, thường dòng điện định mức tới hơn 2000A. Với loại này yêu cầu khả năng ngắt rất cao (tới hơn 20.000 MVA) tác động nhanh, tiện lợi đối với AΠB tức thời và nhiều đặc tính khác. Máy ngắt trạm biến áp sử dụng ưu việt các loại máy ngắt sau: + Máy ngắt không khí (máy ngắt không khí trụ). + Máy ngắt ít dầu. + Máy ngắt nhiều dầu. Hiện nay phổ biến máy ngắt kiểu mới SF6, khí elegas (SF6) có khả năng dập hồ quang rất cao, được sử dụng làm môi trường dập hồ quang. Kiểu máy ngắt này có những đặc tính kĩ thuật vận hành và kinh tế kĩ thuật cao. 125
Từ đó so sánh các tham số ở bảng 11.1, 11.2, và theo tài liệu hiện có đi đến kết luận máy ngắt không khí ưu việt hơn các máy ngắt khác, đặc biệt đối với máy ngắt có điện áp định mức 110kV và cao hơn. Ở các trạm sự cần thiết để có khí nén cho máy ngắt không khí làm việc không nên cho rằng đó là nhược điểm, vì trong các trạm phân phối điện cao áp hiện đại 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, đòi hỏi gia công chính xác, nên giá thành máy ngắt không khí cao hơn máy ngắt ít dầu khi cùng một chỉ tiêu trọng lượng. Ứng dụng máy ngắt ít dầu về mặt kĩ thuật và kinh tế cho những nơi kém quan trọng hơn của hệ thống điện, ở đây các yêu cầu về trị số công suất ngắt, những đặc tính vận hành khác (tác động rất nhanh, AΠB tức thời, nhiều lần, ngắt một cách tin cậy dòng điện điện dung nhỏ, khả năng thường xuyên kiểm tra và thay đổi hệ thống tiếp xúc,...) có thể ít hơn. Bảng 11.1: Phân loại máy ngắt theo môi trường dập và cách dập hồ quang Các tham số định hướng Loại môi Cách dập hồ Kiểu thiết bị Kiểu máy Điện áp Dòng điện Công suất trường dập quang dập hồ quang ngắt định mức định mức ngắt định hồ quang. [kV] [A] mức [MVA] Dập hồ Tiếp xúc đứt Bình dầu 10 1500 50 quang ở quãng đơn trong dầu giản trong dầu Làm lạnh buồng có bộ Bình dầu cả 35 2000 1000 ráo riết thân phận thổi dọc buồng dập 110 2000 5200 hồ quang hay ngang hồ quang 330 2000 25000 Dầu trong buồng trong dầu. của sản ít dầu 10 1500 300 phẩm tạo 35 1500 1000 thành khí 110 2000 2500 tách rời từ 330 2000 10000 dầu (hỗn bức phên dập ít dầu kiểu 15 6000 2500 hợp khí hơi) hồ quang chậu (20) Làm lạnh buồng có bộ ít nước 15 600 300 Chất lỏng ráo riết thêm phận thổi không cháy hồ quang trong nước (nước) trong luồng bức phên dập nước kiểu 15 2000 1500 hơi nước hồ quang chậu Chất rắn Làm lạnh Buồng có bộ Tự động khí 10 600 300 sinh ra khí ráo riết thân phận thổi dọc hồ quang hay ngang trong luồng của sản phẩm tạo thành khi tách ra từ chất rắn sinh ra khí. Không khí Làm lạnh Không khí 10 2000 3000 nén ráo riết thân (không khí 35 2000 1500 hồ quang Buồng thổi trục) 110 2000 5000 trong luồng không khí dọc 400 2000 25000 không khí hay ngang Tự động 10 400 2550 nén điều khiển 126
bằng hơi Buồng thổi Không khí 15 12000 4000 dọc có shun có shun bằng điện trở bằng điện nhỏ. trở thấp . Không khí Chuyển dịch Buồng kiểu Không khí 15 4000 7500 và mặt bằng từ khe với hệ điện từ với phẳng làm trường thống từ buồng có lạnh của các ngang và trường thổi. khe. thành buồng làm lạnh thêm hồ quang trong khe hẹp của buồng. Không khí Chia thân hồ Buồng với sự Không khí 15 2000 1000 và mặt quang ra làm lạnh bằng điện từ với phẳng làm nhiều phần lưới với hệ những tấm lạnh các liên tiếp bởi thống từ lưới dập hồ điện cực. chuyển dịch trường thổi. quang. bằng từ trường. Khí ele gas Làm lạnh Buồng thổi elegas 380 và cao 2000 40000 (SF6) thêm hồ elegas dọc hay hơn và cao hơn và cao hơn quang trong ngang luồng khí elegas. Chân không Phân tách Chân không Chân không 110 và cao 600 250 thêm hồ dập hồ quang hơn quang trong chân không Bảng 11.2: So sánh về chất lượng các kiểu máy ngắt Kiểu máy Các ưu việt cơ bản Các nhược điểm cơ bản ngắt và điện áp định mức (1) (2) (3) Bình dầu có 1. Cơ cấu tương đối đơn giản. 1. Không an toàn về hỏa hoạn và phát nóng buồng dập hồ 2. Có khả năng đặt máy biến dòng 2. Cần thiết kiểm tra thường xuyên trạng thái dầu quang điện áp ở bên trong. trong bình và trong các sứ vào cao áp. 110kV và cao 3. Năng lực ngắt cao. 3. Khối lượng dầu lớn yêu cầu thời gian khá dài để hơn 4. Thích hợp với các trạm ngoài kiểm tra buồng dập hồ quang và hệ thống tiếp xúc. trời. 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 AΠB tức thời nhiều lần trong chu trình. 7. Các tiếp xúc dập hồ quang khá lớn. 8. Chi phí nhiều cho sản xuất bình dầu. 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 hệ thống lớn. 127
Máy ngắt ít 1. Khối lượng dầu không lớn. 1. Không an toàn về hỏa hoạn và phát nổ, nhưng ít dầu 35 kV và 2. Trọng lượng tương đối nhẹ. hơn ở các máy ngắt trên. cao hơn. 3. Cơ cấu rất đơn giản so với máy 2. Thực hiện AΠB tức thời nhiều lần phức tạp. ngắt không khí 3. Thực hiện lọc lại dầu khó. 4. Giá thành tương đối thấp. 4. Sự cần thiết kiểm tra, và thay đổi thường xuyên 5. Thích hợp cho các trạm trong dầu trong bình dập hồ quang. nhà và ngoài trời. 5. Các tiếp xúc dập hồ quang tương đối lớn. 6. Nhẹ hơn máy ngắt kiểu bình dầu 6. Không thích hợp với trường hợp ngắt thường ở điện áp 35 kV và cao hơn. xuyên. 7. Có khả năng tạo thành một thể 7. Đặt máy biến dòng bên trong khó khăn. thống nhất. 8. Năng lực ngắt giới hạn tương đối kém. Máy ngắt 1. An toàn về hỏa hoạn và phát nổ. 1. Ở trạm biến áp cần thiết phải có các thiết bị nén không khí 35 2. Tác động nhanh và thích hợp và lọc không khí. kV và cao cho A Π B trong bất kì chu trình 2. Cơ cấu chi tiết và các khâu tương đối phức tạp, hơn. nào. mức độ chính xác gia công cao. 3. Năng lực ngắt cao. 3. Giá thành tương đối cao. 4. Ngắt dòng điện điện dung của 4. Đặt máy biến dòng bên trong khó khăn. 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 sự 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 bình dầu). 9. Có khả năng tạo thành một loạt với những mối thống nhất lớn. 10. Thích hợp cho cả trạm ngoài trời và trong nhà. Máy ngắt kiểu 1. Hoàn toàn an toàn về hỏa hoạn 1. Giới hạn phía trên của điện áp định mức bị hạn tự động khí. và phát nổ. chế (bé hơn 15kV). 2. Không cần dầu do đó việc vận 2. Mòn các bộ phận sản ra khí nên thay đổi đặc tính hành đơn giản. của thiết bị dập hồ quang do đó phải kiểm tra trạng thái thiết bị dập hồ quang. 3. Các tiếp xúc dập hồ quang mòn nhiều. 4. Không phù hợp với trạm ngoài trời. Máy ngắt kiểu 1. Hoàn toàn an toàn về hỏa hoạn 1. Cơ cấu thiết bị dập hồ quang với hệ thống từ thổi điện từ. và phát nổ. tương đối phức tạp. 2. Mòn các tiếp xúc dập hồ quang 2. Giới hạn phía trên của điện áp định mức bị hạn và các bộ phận công tác của thiết chế (không quá 20-35 kV). bị dập hồ quang. 3. Sự phù hợp với trạm ngoài trời hạn chế. 3. Phù hợp với trạm ngắt thường xuyên. 4. Năng lực ngắt khá cao. Theo các tham số cơ bản (điện áp định mức, dòng điện, công suất ngắt) máy ngắt kiểu bình dầu ngang hàng với máy ngắt không khí đặc biệt là sau khi kết cấu máy ngắt kiểu bình dầu có nhiều cải tiến. Tuy vậy đặc tính vận hành của máy ngắt dầu trong nhiều trường hợp thua máy ngắt không khí, thí dụ như không an toàn về hỏa hoạn và phát nổ. Cho nên máy ngắt kiểu này chưa được phát triển nhiều trong sản xuất và sử dụng trong vận hành trạm và hệ thống điện, đặc biệt cho điện áp 110 kV và cao hơn. Nhóm máy ngắt máy phát có đặc điểm là dòng điện định mức (bé hơn 12000A), công suất ngắt định mức rất lớn (tới hơn 4000 MVA) cũng như dòng điện ngắt giới hạn lớn (tới hơn 100 - 150 kA). Máy ngắt máy phát sử dụng máy ngắt ít dầu kiểu chậu và 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 128
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 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 (hơn 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 hơn 12.000A, công suất ngắt hơn 4000 MVA) đặc biệt khó khăn. Trong trường hợp này máy ngắt không khí có điện trở nhỏ dập hồ quang bên trong là phù hợp hơn cả. Chúng ta sẽ rõ ở các chương sau, nhờ áp dụng điện trở shun nhỏ dập hồ quang trong quá trình ngắt, máy ngắt có thể dễ dàng dập tắt hồ quang lớn, mặc dù tần số của điện áp phục hồi rất lớn đối với các máy phát của hệ thống điện. Máy ngắt với điện áp định mức đến 15 kV, dòng điện định mức đến 1500 A, với công suất ngắt định mức đến 400 - 500 MVA được xem là máy ngắt cung cấp. Tất cả các kiểu máy ngắt kể trên đều nằm trong nhóm máy ngắt cung cấp: a) Bình dầu có khoảng ngắt đơn giản. b) Bình dầu có buồng dập hồ quang. c) Ít dầu ( trong đó có kiểu chậu). d) Ít chất lỏng không cháy. đ) Tự sản khí. e) Không khí. g) Tự động điều chỉnh bằng hơi. h) Không khí dập hồ quang bằng điện từ. i) Máy ngắt chân không. Máy ngắt cung cấp có rất nhiều kiểu nhiều vẻ khác nhau cho nên rất khó đánh giá và lựa chọn. Trong khi giải quyết nhiệm vụ này cần phải chú ý đến hàng loạt suy luận. Trước hết cần phải biết máy ngắt có thể có tác dụng cho thiết bị không chỉ ở nhà máy điện mà cả ở các trạm biến áp của hệ thống lớn, nhưng chủ yếu là ở các thiết bị công nghiệp năng lượng của nhà máy xí nghiệp khai thác mỏ, hầm mỏ, nơi khai thác than bùn, công nghiệp khai thác dầu,..., cũng như trong mạng lưới nông nghiệp. Cho nên kết cấu máy ngắt này cần phải hết sức đơn giản, vững chắc trong vận hành, thuận tiện trong lắp ráp. Sản xuất máy ngắt như thế phải hàng loạt, giá thành thấp. Trong khi chọn kiểu cần phải tính đến chỗ định đặt máy ngắt đang thiết kế. Trước hết, máy ngắt cung cấp có thể đặt ở trạm phân phối ngoài trời của nhà máy điện và trạm biến áp, ở trạm phân phối có tủ, ở mạch mở động cơ, ở các trạm biến áp của mạng lưới công suất nhỏ, ở các trạm biến áp nông nghiệp kiểu ngoài trời và các trạm biến áp ngầm của hầm mỏ,...Trong nhiều trường hợp máy ngắt cần phải đảm bảo đóng ngắt nhiều lần trong thời gian một ngày đêm (ví dụ máy ngắt thiết bị lò điện). Điều kiện làm việc khác nhau dẫn đến cần thiết 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 bằng điện từ là vạn năng và hoàn chỉnh. Càng cải tiến kết cấu và vật liệu cách điện mới vững bền hơn máy ngắt điện từ được ứng dụng một cách khá ưu việt. 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 trong quan hệ đóng ngắt bằng giá máy ngắt cung cấp. Do có lợi về kinh tế máy ngắt phụ tải được sử dụng rộng rãi. Các kiểu máy ngắt được sử dụng một cách ưu việt cho máy ngắt phụ tải gồm: a) Tự sản khí. b) Tự động điều khiển bằng hơi. c) Điện từ. Máy ngắt chân không cũng đã được áp dụng trong sản xuất. 5. Sơ đồ kết cấu của 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: 129
+ Số lượng khoảng ngắt dòng điện trong mỗi pha, cách bố trí tương hỗ của tiếp điểm. + Số lượng, vị trí và cách bố trí tương hỗ của thiết bị dập hồ quang. + Kết cấu của mạch dẫn điện và cách bố trí tương hỗ của các bộ phận dẫn điện. + Phương pháp cách điện các bộ phận kết cấu có điện thế khác nhau và các phần nối đất. 130
Hình 11-2: Sơ đồ kết cấu của máy ngắt ít dầu a) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình kim loại, dùng cho thiết bị treo tường. b) Một cực có một khoảng ngắt trong bình sứ với máy biến dòng trong sứ xuyên, dùng cho thiết bị treo trên tường. c) Mỗi cực có hai khoảng ngắt dập hồ quang trong các bình kim loại, có hệ thống tiếp điểm chính và dập hồ quang với bộ truyền động cơ khí đặt trong khung đỡ. d) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình sứ, với máy biến dòng trong sứ xuyên và truyền động cơ khí đặt trong khung treo. đ) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình cách li có dao cách li ngoài, truyền động cơ khí đặt trong khung đỡ. e) Hai buồng dập hồ quang đặt nghiêng trên một sứ đỡ. g) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình sứ với sứ đỡ đổ đầy dầu. h) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình sứ thiết bị dập hồ quang và truyền động cơ khí cùng đặt trong sứ đỡ. + Cách bố trí định hướng các trụ kim loại, các bình dầu, các bình nén không khí, các thiết bị thải khí,... + Cấu trúc và bố trí truyền động cơ khí. + Cách bố trí tương hỗ của máy ngắt và truyền động. Một số sơ đồ kết cấu máy ngắt chính giới thiệu ở các hình 11-1, 11-2, 11-3 và 11-4. Chúng ta sẽ nghiên cứu đặc tính đặc biệt của một số kết cấu máy ngắt. a) Trong kết cấu máy ngắt ít dầu với bình cách li, khi ở vị trí ngắt các tiếp điểm dập hồ quang còn lại trong dầu nối tiếp với khoảng ngắt dập hồ quang (nghĩa là khoảng ngắt được hình thành ở trong dầu) do tách dao cách li phụ đặc biệt, tạo thành đứt quãng trong không khí (xem hình 11-2). Nhờ vậy cách điện của dụng cụ dập hồ quang được bỏ đi. Ở trong những máy ngắt này chỉ cho phép không dùng dao cách li trong trường hợp khi số lượng dầu đầy đủ trong bình dập hồ quang và dầu không mất tính cách điện. 131
b) Hình dạng và cách bố trí các bộ phận cách điện nằm trong dầu sao cho không có sự liên tục ngang của các bề mặt để các phần tử than nhỏ hình thành trong dầu có thể lắng xuống bề mặt đó để tạo thành con đường phóng điện theo bề mặt. Loại phóng điện như vậy thường dẫn đến sự cố nặng. c) Trong các máy ngắt không khí (áp lực không khí có tác dụng đối với AΠB tức thời) sử dụng truyền động khi đặt trực tiếp ở bên trong dụng cụ dập hồ quang. Như thế trong nhiều trường hợp cần thiết có dao cách li gắn liền, nhờ nó sau khi dập tắt hồ quang tạo thành khoảng ngắt phụ (ở ngoài hay trong không khí nén). Trong máy ngắt không khí có các bộ phận trung gian của quan hệ động giữa tiếp điểm dập hồ quang và bộ phận làm việc của truyền động làm máy ngắt loại này mất tính chất tác động nhanh. d) Sơ đồ kết cấu máy ngắt đặt trong trạm phân phối điện có tủ (KPY) cần phải đảm bảo quan hệ giữa kết cấu máy ngắt với các bộ phận còn lại của mạch là có lợi nhất, thường máy ngắt như thế có truyền động gắn liền trực tiếp, đảm bảo kiểm tra và sửa chữa thuận tiện trong quá trình vận hành và thay đổi máy ngắt. Hình 11-4a,b cho cấu trúc cơ bản của máy ngắt cao áp SF6. Những bộ phận chính gồm: cơ cấu tác động, sứ cách điện, buồng ngắt, tụ điện và điện trở. Máy ngắt cao áp được chế tạo theo nguyên li mođun. Số lượng buồng ngắt tăng theo điện áp và khả năng cắt. Buồng dập hồ quang tự thổi cần ít năng lượng hoạt động, được sử dụng cho điện áp đến 170kV và dòng điện cắt đến 40kA. Máy ngắt một buồng được sử dụng cho điện áp tới 300kV và dòng cắt tới 50kA. Máy ngắt nhiều buồng được sử dụng cho dòng điện cao đến 80kA và điện áp ≥ 300 kV. 132