HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 2

Chia sẻ: Ouiour Isihf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hình 1-5. Sơ đồ kết cấu của một số loại 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...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN : MÁY NGẮT ĐIỆN CAO ÁP part 2

d) a b) c ) ) e f g) h) ) ) Hình 1-5. Sơ đồ kết cấu của một số loại 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. e) Mỗi cực có một khoảng ngắt trong bình cách li có dao cách li ngoài, truyền động cơ khí đặt trong khung đỡ. f) 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 chúng trong sứ đỡ. Một số sơ đồ kết cấu máy ngắt giới thiệu ở hình 1-4, 1-5, 1-6, 1-7 và 1-8. 20
Các đặc tính đặc biệt của một số kết cấu máy ngắt: 1) 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 khoảng trống trong không khí. Nhờ vậy cách điện của thiết bị dập hồ quang được bỏ đi. Ở trong những máy ngắt này chỉ cho phép không dùng dao cách li trong trường hợp khi đủ lượng dầu tuyệt đối trong bình dập hồ quang và dầu không mất tính cách điện. b) c) a ) Hình 1-6. Sơ đồ của cơ cấu các máy ngắt không khí trạm trong nhà điện áp 6-20kV. a) Một khoảng ngắt dập hồ quang trong buồng thổi dọc, truyền động gắn liền tác động hai phía, dùng cho thiết bị treo trên tường. b) Hai khoảng ngắt song song dập hồ quang cho mỗi cực, một trong hai khoảng ngắt đó được san bằng điện trở dập hồ quang với buồng thổi dọc, truyền động đặt bên trong, có dao cách li lắp kèm. c) Một khoảng ngắt cho mỗi cực trong buồng thổi không khí ngang, với truyền động gắn liền tác động hai phía. 2) 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, tạo thành con đường phóng điện theo bề mặt. Loại phóng điện như vậy thường dẫn đến sự cố nặng. 3) Trong các máy ngắt không khí (áp lực không khí có tác dụng đối với TĐL tức thời sử dụng truyền động khi đặt trực tiếp ở bên trong thiết bị dập hồ quang. Như thế trong 21
nhiều trường hợp cần thiết có dao cách li phải gắn liền, nhờ nó sau khi dập tắt hồ quang tạo thành khoảng ngắt phụ, ngoài hay trong không khí nén, xem chương 4). a) b) c) d) Hình 1-7. Sơ đồ kết cấu các máy ngắt không khí trạm ngoài trời điện áp 110kV. a) Hai khoảng ngắt đặt đứng cho mỗi cực, với sự chuyển động không khí một cách trình tự vào các buồng và dao cách li ở bên ngoài. b) Hai khoảng ngắt cho mỗi cực, với cách đặt đứng các buồng dập hồ quang và dao cách li chìm trong không khí nén. c) Hai quãng đứt cho mỗi cực, với cách đặt đứng các buồng dập hồ quang nằm ngang, sự dịch chuyển không khí song song vào các buồng, không có dao cách li. d) Hai khoảng ngắt dập hồ quang đặt trong buồng có thể tích lớn chứa đầy không khí nén cho mỗi cực, không có dao phân li. Trong máy ngắt không khí có các bộ phận trung gian, 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. 22
a b c ) ) ) Hình 1-8. Sơ đồ kết cấu máy ngắt trạm ngoài trời điện áp 380 đến 400kV. 4) 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 cho 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. 23
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN CHUNG CỦA MÁY NGẮT 2.1. CÁC THAM Số ĐỂ TÍNH TOÁN CÁCH ĐIệN CHUNG Trong kết cấu máy ngắt cần phải đảm bảo các cách điện: 1) Giữa các phần có điện áp với các phần nối đất. 2) Giữa các phần có điện áp khác nhau của một cực khi tiếp điểm hoàn toàn tách rời. 3) Giữa các phần bên cạnh các cực có điện áp cao. Mức độ cách điện chung cần phải phù hợp với các tiêu chuẩn kĩ thuật. Mức độ này được bảo đảm bằng cách chọn khoảng cách cách điện cần thiết và các kích thước chính của các bộ phận cách điện (sứ cách điện, các tấm cách điện, các tấm ngăn,...). Theo kết quả tính toán cách điện của máy ngắt đối với thang điện áp định mức cho trước, ở sơ đồ kết cấu máy ngắt được chọn, có thể phán đoán không chỉ về kích thước khoảng cách cách điện chính và các bộ phận cách điện của kết cấu ( sứ xuyên, sứ trụ, sứ kéo, kích thước khoảng cách giữa các tiếp điểm,...) mà còn về kích thước các bộ phận riêng của mạch vòng dẫn điện và thậm chí về các kích thước chung của toàn bộ thiết bị nói riêng cho điện áp 35kV và cao hơn. Tính toán cách điện máy ngắt xuất phát từ các giá trị điện áp phóng điện của các khoảng cách đối với thang điện áp cho trước. Giá trị cho trước của điện áp phóng điện bằng tích số điện áp thử (Uth) được qui định bằng các tiêu chuẩn đối với thang cách điện cho trước (là điện áp định mức) và một số hệ số (K>1). Các tiêu chuẩn điện áp thử và phóng điện tần số công nghiệp qui định trong các tiêu chuẩn kĩ thuật ( ví dụ như ΓOCT 1516-42 nêu trong bảng 2-1). Do yêu cầu nâng cao mức bền vững của máy ngắt cũng như kinh nghiệm vận hành cho thấy cần thiết phải thực hiện thử cách điện thiết bị bằng xung cao áp và nghiên cứu các tiêu chuẩn phù hợp cho điện áp thử và điện áp phóng điện dưới chế độ xung. Trong trường hợp như thế điện áp phóng điện khô lấy cao hơn điện áp thử 10% nghĩa là hệ số bền vững K=1,1. Các tiêu chuẩn về thử điện áp xung được áp dụng ở các nhà máy sản xuất "thiết bị điện", như nêu trong bảng 2-2. Trong trường hợp này điện áp phóng điện khô cũng giống như thế, hệ số bền vững K=1,1. 25
Bảng 2-1: Điện áp thử tần số công nghiệp (theo ΓOCT - 42) Thang Điện Điện áp phóng điện khô, kV Điện áp phóng điện Điện áp cách áp khô, kV phóng điện ướt điện Làm Thiết Máy máy Sào Sứ cách điện Cầu Sứ cách điện của thiết bị biến biến cách dao kV việc Trạm Trạm Trạm Trạm bị điện điện áp áp đo điện và cầu trong ngoài lớn trong ngoài và của sứ và lường chì nhất nhà trời nhà trời cách điện máy kV trạm biến ngoài dòng trời, kV 3 3,5 24 18 24 36 24 27 81 - - - 6 6,9 32 25 32 48 32 35 44 35 38 28 10 11,5 42 35 42 63 42 46 58 46 50 34 15 17,5 55 45 55 82 55 60 76 60 66 47 20 23,0 66 55 66 100 66 73 92 75 80 57 35 40,5 95 85 95 150 100 105 135 110 120 80 110 121,0 260 230 230 - - 285 345 - 315 220 154 169,0 360 320 320 - - 400 485 - 440 305 220 242,0 500 460 460 - - 550 670 - 610 430 Trong bảng 2-3 nêu gía trị điện áp thử đối với thiết bị điện xoay chiều điện áp 400kV. Bảng 2-2: Điện áp thử xung Dạng điện áp thử Điện áp định mức, kV 3 6 10 15 20 35 110 150 220 Điện áp thử xung các sứ cách điện và các thiết bị (kV) bằng sóng đầy. 43 57 75 95 110 170 465 640 900 Cũng như thế bằng sóng cắt 2 μ s. 51 68 90 115 135 205 560 770 1000 Cũng như thế, giữa các tiếp điểm tách rời của cầu dao và của cầu chì (sóng đầy). 50 65 90 115 135 210 580 800 1100 26
Trong khi chọn điện áp thử đối với cách điện thiết bị ở điện áp định mức cao hơn 400kV thì bội số quá điện áp đóng mở ít hơn (thay 2,5 vào chỗ 3 trong bảng) cho nên các đặc tuyến cách điện của các thang điện áp này có thể tính bằng cách giảm đặc tuyến ở 400 kV xuống theo hệ số: U 2,5 K 1 = âm 400 3 Uđm : là điện áp định mức của máy ngắt được thiết kế. Cần phải nghiên cứu phương pháp chọn trị số điện áp phóng điện tính toán cho các khoảng ngắt giữa các tiếp điểm của thiết bị dập hồ quang máy ngắt, sau khi dập tắt hồ quang trong một thời gian ngắn cách điện của thiết bị dập hồ quang không mang điện. Trong trường hợp mỗi cực máy ngắt có một khoảng ngắt, dập hồ quang thì điện áp phóng điện tính toán có thể tìm trị số biên độ điện áp phục hồi theo công thức sau: U phâ = K 0 .K a 0,87 2U âm ,[kV] (2-1) Trong đó K0 = 1,5 : là hệ số dự trữ. Ka = 1,6: là hệ số vượt quá biên độ lớn nhất. Uđm : là điện áp định mức của máy ngắt. Bảng 2-3: Điện áp thử đối với thiết bị điện xoay chiều điện áp 400 kV Dạng điện áp thử Các thiết bị và Khoảng ngắt giữa các tiếp sứ cách điện, điểm tách rời của dao cách li, kV mm Điện áp thử bằng sóng đầy 1,5/40 μs 1500 1800 1800 Cũng như thế bằng sóng cắt 2μs 850 1100 Điện áp thử các sứ cách điện khi tầ số 50Hz Cũng như thế đối với máy biến dòng và máy ngắt 750 nhiều dầu Điện áp phóng điện khô với sứ cách điện và khoảng 950 ngắt trong không khí 700 1200 Điện áp phóng điện ướt khi 50Hz Khi số lượng khoảng ngắt nhiều hơn một, cần thiết phải tính đến sự phân bố điện áp không đều trên các khoảng ngắt trong lúc nối đất một cực ra của máy ngắt (ví dụ sau khi ngắt một pha chạm đất). Trong trường hợp này trị số biến đổi điện áp phóng điện lớn nhất của một trong các khoảng ngắt có thể tính theo phương trình: U U pâ1 = K 0 K a 0,87 2 âm K p (2-2) n Trong đó: n : là số lượng khoảng ngắt ở mỗi cực. Kp : là hệ số kể đến sự phân bố điện áp phục hồi không đều. 27
Các phương pháp tính điện áp phân bố theo từng khoảng ngắt của một cực sẽ được nghiên cứu sau. Trong các máy ngắt cao áp cũng như trong các thiết bị cao áp, khi làm mất tính chất cách điện của từng bộ phận kết cấu mang đặc tính khác nhau sinh ra hư hỏng. Sự hư hỏng này xác định khả năng làm việc sau này của thiết bị. Thực tế sự phóng điện ở các khoảng ngắt phối hợp và khoảng ngắt khác trong không khí là không nguy hiểm. Nhưng sự phóng điện theo bề mặt các sứ cách điện ở ngoài trời là nguy hiểm ( trừ trường hợp hồ quang qua lỗ chảy kéo dài) vì sự phóng điện hầu như không để lại dấu vết gì trên bề mặt sứ. Những trường hợp phóng điện ở phía trong các hốc khép kín chứa đầy không khí của sứ cách điện (đặc biệt ở máy ngắt không khí) có thể cho là tương đối nguy hiểm. Nguy hiểm hơn là trường hợp đánh thủng cách điện rắn, màn chắn dầu và các cách điện khác của sứ vào và của sứ trụ, các miếng đệm cách điện rắn, ... Do bị đánh thủng thì các bộ phận cách điện thường không dùng được nữa và gây nên sự cố. Rất nguy hiểm trong các trường hợp làm mất tính chất cách điện bên trong (bên trong bình) do đánh thủng các khoảng ngắt cách điện trong dầu hay trong không khí ở các hốc bên trong của máy ngắt ít dầu. Các trường hợp như thế có thể gây nên những hậu quả nặng, hư hỏng không chỉ bản thân máy ngắt mà cả kết cấu trạm phân phối (đặc biệt trạm trong nhà). Trong khi tính cách điện chung cho máy ngắt cần phải tính trước sự phối hợp cách điện giữa các bộ phận kết cấu của máy ngắt. Bản chất của sự phối hợp này là: đối với bộ phận cách điện quan trọng phải có một dự trữ kết cấu theo bản vẽ điện được tính bằng hệ số dự trữ kd tr Phải căn cứ vào tiêu chuẩn điện áp phóng điện nhỏ nhất để tính cách điện bên ngoài của máy ngắt. Như vậy, giá trị điện áp phóng điện tính toán của từng bộ phận cách điện của máy ngắt trong trường hợp chung có thể xác định theo công thức: U p.ât = K p .U pâ Trong đó: Kp : là hệ số dự trữ (độ bền) xem bảng 2-4. Upđ : là trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng điện (ở tần số công nghiệp hay ở chế độ xung). Ngoài việc tính cách điện chung, trong khi thiết kế máy ngắt cũng cần phải tiến hành tính chính xác cách điện của từng bộ phận của máy ngắt như: sứ vào, màng tĩnh điện, cách điện của buồng dập hồ quang, sứ kéo, điện trở shun,... 2.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH GầN ĐÚNG CÁCH ĐIệN CHUNG Tính cách điện chung bao gồm giải quyết những nhiệm vụ sau: 1) Chọn các bộ phận chính có khoảng ngắt cách điện và chọn sơ bộ hình dáng, kích thước các điện cực tạo thành các khoảng ngắt đã chọn. 2) Xác định các giá trị điện áp phóng điện tính toán cho trước của từng khoảng ngắt đã chọn. 28
3) Tính kích thước nhỏ nhất cho Hình 2-1. Các khoảng ngắt phóng điện chính trong máy ngắt nhiều dầu. phép của các khoảng ngắt cách điện đã tính. Căn cứ vào các đường đặc tính S7 hồ quang điện có thể hay xảy ra nhất, S1 S1 tiến hành chọn các khoảng ngắt phải tính trong sơ đồ kết cấu máy ngắt. Như vậy cần chú ý đến các tính chất đặc biệt của kết cấu máy ngắt thiết kế, trong S2 trường hợp riêng: khả năng có thể xảy S3 S3 ra hồ quang ở ngoài giới hạn buồng, xác S9 suất tạo thành bọt khí hơi trong dầu, S4 trong vùng khoảng ngắt, khả năng đốt S5 S6 nóng quá mức của khí hay của không khí ở chỗ dự đoán phóng điện, ... Ví dụ trong hình 2-1 sơ đồ kết cấu máy ngắt kiểu nhiều dầu với các đường phóng điện có thể xảy ra nhất, từ các đường đo xác định chỗ đặt các khoảng ngắt cách điện phải tính. Chiều dài của chúng ký hiệu bằng chữ S. Trong khi điện áp phóng điện tính toán ban đầu ở tần số công nghiệp hay chế độ xung cần phải căn cứ đòi hỏi về độ bền vững của từng khoảng ngắt (có các tấm ngăn, các màng tĩnh điện, ...) tiến hành tính các kích thước nhỏ nhất của những khoảng ngắt. Ngoài ra, cần phải chú ý đến một số yếu tố có ảnh hưởng đến sự thay đổi hình dạng điện trường và làm xấu trạng thái cách điện (ví dụ: điện cực phát tia sáng, sự tạo thành muội than trên các bề mặt cách điện, ...). 29
Hình 2-2. Điện áp phóng điện trong không khí ở tần số 50Hz. UP[ kV] S 200 0 160 0 S 120 0 800 400 0 100 200 300 400 500 600 700 S[ cm] Bảng 2-4: Các giá trị (định hướng) của hệ số dự trữ kp Bộ phận cách điện và điều kiện làm việc Kp Khoảng ngắt lỗ và bề mặt ngoài của sứ cách điện trong không khí 1 Đồ gốm làm việc bị điện đánh thủng ở tần số công nghiệp 1,3 1,33÷1,6 Đồ gốm làm việc bị điện đánh thủng ở chế độ xung Giấy dầu và rãnh dầu cách điện cũng như các bộ phận cách điện khác làm việc bị đánh thủng ở tần số công nghiệp 1,3 Cũng như thế ở chế độ xung 2,25 Các khoảng ngắt cách điện trong không khí hay trong dầu nằm ở trong bình của máy ngắt nhiều dầu 1,15÷1,25 Các khoảng ngắt cách điện trong không khí hay trong dầu nằm ở trong buồng dập hồ quang của máy ngắt ít dầu không có dao cách li 1,25÷1,5 Cũng như thế cho máy ngắt có dao cách li 1,15 Khoảng ngắt cách điện trong dầu ở trong sứ trụ (trường hợp dầu hỏng do bị hồ quang tác động) 1,15 Khoảng ngắt cách điện của hốc phía trong sứ cách điện trong bình kín chứa không khí ở tần số công nghiệp 1÷1,1 Cũng như thế ở chế độ xung 1÷1,17 Các khoảng ngắt có kích thước được xác định trên cơ sở các tham số thí nghiệm và sự phụ thuộc của điện áp phóng điện ở các môi trường cách điện khác nhau vào các khoảng cách nhỏ nhất giữa các điện cực có hình dáng và kích thước khác nhau. Các tham số thí nghiệm ở dạng các đường cong hay các công thức tính toán chung giới thiệu trong các giáo trình chuyên môn, các công trình nghiên cứu khoa học và trong các cẩm nang kĩ thuật. 30
Một vài đường cong điện áp U [ kV] phóng điện tương ứng trong các hình c 120 2-2, 2-3, 2-4, 2-5 và 2-6 và các công 0 thức tính toán thường áp dụng nhất 100 trong bảng 2-5. 0 1 Tất cả các tham số đều đúng với các điều kiện khí quyển bình thường áp 800 suất p=760 mmHg, nhiệt độ không khí 2 t0=20oc. 3 Các điện cực 600 Thanh - thanh nối đất. Thanh - mặt phẳng điều kiện khí 400 quyển tiêu chuẩn. Trong bước thiết kế máy ngắt có thể chính xác hóa và thay đổi các 200 kích thước tính toán của một số khoảng ngắt: trong lúc sử dụng các kiểu sứ 0 cách điện tiêu chuẩn trong các bộ phận 100 200 300 trụ lắp ghép, ... 400 S[ cm] Song tất cả sự thay đổi không Hình 2-3. Điện áp phóng điện khô của sứ cách điện trong không khí ở 50Hz. dẫn đến giảm mức độ cách điện, phá vỡ 1) Nhỏ nhất. 2) Trung bình. 3) Lớn nhất. sự phối hợp của cách điện từng bộ phận được chọn với kết cấu cụ thể. 2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH GầN ĐÚNG SỰ PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP CHO TỪNG KHOẢNG NGẮT TRÊN MỘT CỰC Trong thiết kế máy ngắt, kết cấu của nó dựa trên nguyên tắc trình tự nối liền một loạt khoảng ngắt (sự phân bố điều hòa điện áp phục hồi hay điện áp sử dụng, dài hạn theo từng khoảng ngắt có ý nghĩa quan trọng). 31
Uc[ kV] 200 0 150 0 d =0,5S 100 0 S 500 0 1 2 3 4 5 6 S[ m] Hình 2-4. Điện áp phóng điện khô của các kết cấu cách điện trụ có vòng điều hòa điện áp. Nếu trong kết cấu máy ngắt không có các thiết bị đặc biệt để làm điều hòa điện áp, thì sự phân bố điện áp không điều hòa theo các khoảng ngắt có thể rất lớn. Bảng 2-5: Các công thức về quan hệ giữa điện áp phóng điện ở tần số công nghiệp và khoảng cách giữa các điện cực Loại môi trường, hình dáng các điện cực và kích thước giới Các công thức tính toán. Tác giả hạn của các khoảng ngắt. Phóng điện khi trong không khí điện cực kim-kim không A.PoT u K = 14 + 3,36S[ kV ] nối đất, S>8 cm Phóng điện khô trong không khí, kim-kim nối đất, S>8 cm Phóng điện khô trong không khí, thanh -thanh nối đất, u K = 14 + 3,16S[ kV ] S>10 cm Các tác Phóng điện khô trong không khí, sứ trụ kiểu khác nhau giả khác u K = 4,75S[ kV ] Phóng điện khô trong không khí theo bề mặt của sứ trụ mặt nhau. phẳng l1 cm Phóng điện khô trong không khí nén giữa các hình xuyến u K = 10,4l 0,7 [ kV ] MaĩHep ống đồng trục d=3,2 cm với các đầu mút tròn, ở áp suất p [at] u âth = 30S0,7 [ kV ] " Âepô và u âth = 39S [ kV ] 0,7 Âỉịị u K = 42( p.S) 0,45 [kV] (chọn sơ bộ) 32
UPi[ kV] 140 0 (-) (-) 120 1; 4 S 1 0 { (+) 2 3 S 100 2; (+) 3{ 0 4 800 600 400 200 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 S[ cm] Hình 2-5. Điện áp phóng điện trong không khí ở chế độ xung 1,2/40 μs. Ví dụ, trong máy ngắt kiểu nhiều dầu có hai khoảng ngắt cho mỗi cực, khi nối đất một phía của một cực, điện áp của một trong các khoảng ngắt có thể đạt tới 85% điện áp sử dụng. Trong máy ngắt không khí và máy ngắt ít dầu có nhiều khoảng ngắt, sự phân bố điện áp cũng không điều hòa, từ hình 2-7 ta thấy rõ điều này. Trong các máy ngắt việc dập tắt hồ quang sẽ bị hạn chế khi không có các điện trở shun đặc biệt. Sự phân bố điện áp theo các khoảng ngắt có thể tính bằng cách phân bố điện áp tĩnh trên tất cả các khoảng ngắt, khoảng ngắt được tạo ra giữa các phần dẫn điện kể cả tương đối với nhau và với đất. Trong trường hợp này phải xem kết cấu máy ngắt giống như hệ thống điện cực ( tất cả các phần kim loại của máy ngắt có điện cực, hệ thống điện cực) cách li với đất. Ảnh hưởng của đất có thể thay thế bằng sự có mặt của một hệ thống khác dạng soi gương. 33
Sự tính toán dẫn đến xác Uâth[ định hiệu điện thế giữa các điện kV] }1/10μ 100 cực dựa trên cơ sở của phương }1/50μ s 0 pháp chung giải hệ thống s 900 phương trình tĩnh điện. Dạng 800 điện cực phức tạp, có thể có 700 trong kết cấu, cần phải dựa về hình dạng thông thường và 600 1/2100μs , thuận tiện hơn để tính toán là 500 50Hz dạng elípxoít quay cho phương 400 trình bề mặt đã biết. 300 Các giá trị của hệ thống là: các tham số hình học của hệ 200 s thống (kích thước và hình dáng 100 của điện cực, cách bố trí tương 0 hỗ của chúng với nhau và đối 10 20 30 40 với đất, hệ số điện môi của môi Hình 2-6. Điện áp đánh thủng giữa các tham số trong dầu. 50 S[ cm] trường và trị số tương đối của điện áp đối với các điện cực riêng biệt). Phân tích chính xác bài toán cụ thể trong dạng chung thường gặp phải khó khăn là do không đưa ra dạng giải tích được. Cho nên trong thực tế chúng ta có thể sử dụng các phương pháp tính đơn giản, gần đúng, sẽ được đề cập dưới đây. Các kết cấu có nhiều khoảng ngắt cho mỗi cực (thường ở điện áp 110kV và cao hơn) được biểu hiện bằng các thông số đặc trưng, là kích thước hình học của các phần dẫn điện và các loại sứ cách điện tạo thành các khoảng ngắt, khoảng cách đối với đất tương đối bé hơn. Trong các trường hợp này sự phân bố điện áp rất đơn giản, các điều kiện khi tính gần đúng sơ bộ gồm: 1) Thay đổi khoảng cách từng đôi bất kì cạnh nhau của các điện cực nằm ngang ảnh hưởng ít đến điện dung của thanh cái trong các điện cực đối với đất. 2) Khi các điện cực nằm theo chiều thẳng đứng (cái nọ trên cái kia) thay đổi vị trí của một điện cực không ảnh hưởng đến điện dung của điện cực khác đối với đất. Sự đơn giản hóa như thế cho phép coi rằng, điện dung tương hỗ của từng điện cực đối với đất là độc lập và khi tính sự ảnh hưởng lực điện động của các điện cực khác nằm trong từ trường, ngoài các điện cực đang xét. 34
Khi đó cách tính sự Hình 2-7. Phân bố điện áp theo các khoảng ngắt của máy ngắt phân bố điện áp tiến hành theo ΔUN% không khí khi không có thiết bị điều hành. thứ tự như sau: 70 U 1) Tính điện dung của 1 2 3 60 từng khoảng ngắt giữa các tiếp 4 5 6 điểm và tính điện dung đối với 50 đất. 2) Lập và biến đổi sơ đồ 40 điện dung tương đương. 3) Tính điện áp phân bố 30 theo các khoảng ngắt. Máy ngắt có kết cấu 20 miêu tả ở hình 2-8a có thể tượng trưng bằng hệ thống các 10 điện cực (hình 2-8b) sơ đồ tính điện dung tương đương hình 2- 0 1 2 3 4 8c. 5 6 N Xác định giá trị các điện dung C, C1 và áp dụng các phương pháp tính toán chung cho các mạch điện áp xoay chiều, có thể tìm được điện áp phân bố theo các điện dung của từng khoảng ngắt. Tính toán thường được tiến hành cho trường hợp đặc trưng và bất lợi nhất: khi một trong các đầu ngoài cùng của cực máy ngắt nối đất, còn điện áp toàn phần đặt vào đầu khác. Để đơn giản và thuận tiện trong tính toán các điện dung nên biến đổi tương đương hình dáng các điện cực phức tạp. Ví dụ: hình trụ tương đối không cao có thể thay thế bằng hình cầu tương đương có bán kính: 1 b rtâ = (2-3) 2 2 ⎛R⎞ bR arsh + − ⎜ ⎟ + 1 ⎝ b⎠ Rb Trong đó b và R : tương đương với chiều cao và bán kính hình trụ. Điện dung tương hỗ giữa hai quả cầu với bán kính r1, r2 và khoảng cách giữa tâm của chúng có thể tìm theo phương trình: ⎛ ⎞ mnr1 C12 = 4πε⎜ nr1 + + ...⎟ (2-4) 1− n − m ⎝ ⎠ 2 2 r r m = 1 ;n = 2 h h Điện dung tương hỗ giữa hai quả cầu bán kính với mặt phẳng nối đất có thể tính một cách gần đúng theo công thức: 35
8πεr C≈ (2-5) h Trong đó h : là khoảng cách từ tâm quả cầu đến mặt phẳng. Hình 2-8. Để tính điện áp phân bố theo các khoảng ngắt của máy ngắt. C C C1 C2 C2 c) a) b) Trong một số trường hợp thậm chí khi hình dáng của các điện cực đã đơn giản hóa, tính điện dung của từng khoảng ngắt cũng còn gặp nhiều khó khăn. Ví dụ: khi khoảng ngắt được tạo bởi các hình xuyến của ống đồng trục (của các tiếp điểm nằm ở phía trong sứ cách điện chứa dầu hay chứa không khí, hoặc khi sứ cách điện có kích thước tương đối lớn nằm trong khoảng ngắt giữa các điện cực). Điện dung của các hệ thống như thế được xác định trên cơ sở của những số liệu thí nghiệm bằng mô hình hay tính gần đúng. Thực nghiệm cho thấy rằng, điện dung giữa các thiết bị ngoài cùng của trụ sứ dập hồ quang máy ngắt ít dầu điện áp 110kV với một khoảng ngắt có thể sơ bộ lấy bằng hai lần trị số điện dung tương hỗ tính cho hệ thống điện cực này, không tính đến sứ cách điện và dầu. Trong các kết cấu máy ngắt cao áp hiện đại có nhiều khoảng ngắt trong mỗi cực, điều hòa sự phân bố điện áp cơ bản được thực hiện bằng hai biện pháp: 1) Shun tất cả các khoảng ngắt bằng điện trở thuần trị số lớn giống nhau (thường bằng điện trở trị số 0,5 - 1M Ω đối với máy ngắt điện áp 400kV). 2) Shun các khoảng ngắt ngoài rìa của cực bằng các điện dung. Trong khi sử dụng biện pháp thứ hai không cần phải ngắt dòng điện còn lại đi qua điện trở shun sau khi dập tắt hồ quang như cần thiết phải làm trong biện pháp thứ nhất. 36
Trong một số trường hợp cần thiết shun các khoảng ngắt dập hồ quang bằng điện trở trị số trung bình (khoảng 200 -2500 Ω đối với máy ngắt điện áp 400kV) để giảm bớt quá điện áp nội bộ xuất hiện trong quá trình ngắt. Trong những trường hợp như thế shun các khoảng ngắt bằng điện trở trị số lớn hay bằng điện dung là không thích hợp. 2.4. VÍ Dụ Về TÍNH CÁCH ĐIệN CHUNG Chúng ta sẽ tiến hành tính cách điện chung của máy ngắt dầu điện áp 110kV. Dạng chung và sơ đồ kết cấu một cực của máy ngắt như thế ở hình 2-9a,b. Đối với kết cấu này các khoảng ngắt cách điện tính toán gồm có: S1 : là khoảng ngắt không khí giữa để nối đất giữa I và vỏ kim loại của bộ phận dập hồ quang II. Trong khi không có các điện cực qui chiếu phu, khoảng ngắt này sẽ tương ứng với chiều cao sứ trụ. S2 : là chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang. S3: là khoảng ngắt giữa các tiếp điểm dập hồ quang mở rời hoàn toàn trong dầu. S4 : là khoảng ngắt giữa đế tiếp điểm cố định IV của dao cách li và rìa ngoài phía trên màn che nắp trung gian của trụ xoay V. Chiều cao sứ cách điện của máy biến dòng được sử dụng sứ trụ của dao phân li, và chiều cao sứ cách điện phía đi của trụ xoay lấy bằng trị số khoảng ngắt chính S1. Chiều sứ cách điện phía trên của trụ xoay nhận bằng trị số S2. Theo các yêu cầu của tiêu chuẩn ΓOCT 1516 -42 để chọn điện áp phóng điện. Chúng ta tìm giá trị điện áp phóng điện cho dao cách li hợp với bảng 2-1, đối với thang cách điện 110kV: 1) Điện áp thử ở tần số công nghiệp đối với khoảng ngoài không khí. u th1 = 260kV 2) Điện áp phóng điện khô cũng đối với khoảng ngắt đó: u K 1 = 315kV 3) Nếu đối với dao cách li của máy ngắt cũng đòi hỏi như dao cách li thông thường thì điện áp phóng điện khô của khoảng ngắt. u K 4 = 345kV (cực đại là 485kV). 4) Điện áp phóng điện tính toán theo bề mặt ngoài sứ cách điện của buồng dập hồ quang (khoảng ngắt S2), do đó có dao cách li, tìm theo phương trình (2-2). u p2 = k 0 k a 0,87 2U âm = 1,5.1,6.0, 2.110 = 230kV (cực đại 325kV). 87 37
II I S2 IV S3 S4 II II I S1 V IV S2 S3 S4 I S1 S1 S1 I S1 I S1 I I I Hình 2-9. Cách điện chung của máy ngắt ít dầu. a) b) Nhận xét : Với máy ngắt không có dao cách li, điện áp: phóng điện tính toán của S2 cũng lấy bằng điện áp phóng điện khô: u K 2 = 315kV 5) Điện áp phóng điện tính toán đối với cách điện bên trong buồng dập hồ quang của máy ngắt (khoảng ngắt S3 trong dầu) từ phương trình (2-3) và bảng 2-4: u p3 = k p .U p2 = 1,15.230 = 264kV (cực đại là 1,15.325 = 375kV ). Theo các giá trị điện áp phóng điện, tìm trị số nhỏ nhất của các khoảng ngắt S1 và S2, S3 và S4 tương ứng với các đường cong ở hình 2-3 (đường cong 2), hình 2-6 và hình 2- 2. S1 = 98cm; S 2 = 70cm; S 3 = 16cm; S 4 = 100cm Phương pháp tính độ bền vững của cách điện đối với điện áp xung tương tự như trên. Trong trường hợp này phải qui định các tiêu chuẩn điện áp phóng điện xung đối với từng thang cách điện cụ thể và các đường cong thí nghiệm tương ứng hay những công thức tính các trị số các khoảng ngắt phóng điện. Nguyên tắc phối hợp cách điện từng bộ phận riêng biệt của kết cấu cũng tính ở tần số công nghiệp. 38
39
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CỦA MÁY NGẮT 3.1. KHÁI NIệM CHUNG Mạch vòng dẫn điện của máy ngắt về cơ cấu là tổng hợp phần dẫn điện liên hệ giữa điện và cơ (thanh dẫn điện, lõi dẫn điện, dao, xà,...). Sự liên hệ điện giữa các phần với nhau được thực hiện bằng hệ thống tiếp điểm. Trong quá trình làm việc bình thường của máy ngắt các tác động nhiệt, tác động điện động, ... của dòng điện lớn đi qua mạch vòng dẫn điện sinh ra phát nóng từng bộ phận và sinh ra phụ tải điện động có thể lớn quá khả năng cho phép. Tác động nhiệt và tác động điện động quá lớn là nguyên nhân phá hoại sự làm việc bình thường của máy ngắt. Luôn luôn cần phải đảm bảo tính ổn định của máy ngắt trong các chế độ làm việc. Muốn vậy phải chọn hình dáng, kích thước, đặc tính của các bộ phận dẫn điện mạch vòng và chọn cách liên kết chúng với nhau thật phù hợp, cho nên trong thiết kế các phần dẫn điện và các tiếp điểm, ta cần phải tiến hành tính toán đến tác động nhiệt và điện động. 3.2. TÍNH TOÁN ĐIệN ĐộNG MạCH VÒNG DẫN ĐIệN Tính điện động là xác định trị số và hướng của lực điện động tác động lẫn nhau giữa các bộ phận dẫn điện. Các tham số lấy được trên cơ sở tính độ bền vững về cơ khí của các phần dẫn điện và cơ cấu sứ trụ liên kết với nó. Phải kể đến tác động của lực điện động vào một số bộ phận chuyển động của mạch vòng dẫn điện. Các tham số cho trước để tính lực điện động gồm: 1) Kích thước của hệ thống dẫn điện (là các kích thước của từng bộ phận và cách bố trí tương hỗ của chúng trong mạch vòng của cực bất kì và của các bộ phận khác). 2) Trị số biên độ của dòng điện ngắn mạch tính toán lớn nhất. Các kích thước và cách bố trí tương đối của các phần dẫn điện trong sơ đồ kết cấu, sơ bộ được xác định từ kết quả tính cách điện chung của máy ngắt có kể đến các kích thước cơ cấu của thiết bị dập hồ quang và của truyền động cơ khí, ... Khi khoảng cách giữa các cực của máy ngắt tương đối lớn (đặc biệt ở điện áp từ 110kV trở nên) ảnh hưởng điện động của hệ thống dẫn điện cực bên cạnh nhỏ và có thể bỏ qua. Cho nên khi tính điện động của máy này chỉ tính tác động lẫn nhau giữa các bộ phận dẫn điện của mạch vòng một cực. Với máy ngắt 35kV cần chú ý đến tác động điện động tương hỗ của các bộ phận dẫn điện của điện cực còn lại khi ngắn mạch hai cực. Giá trị biên độ giới hạn của dòng điện ngắn mạch được lấy làm trị số dòng điện tính toán lớn nhất. Để tính lực điện động có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, được giới thiệu trong các sách và công trình nghiên cứu về thiết bị điện cao áp, phương pháp phân tích đồ thị là phù hợp và dễ tính hơn cả, các phương pháp này dựa trên cơ sở của phương trình Bioxava. Chúng ta sẽ nghiên cứu một trong các phương pháp để rút ra các phương trình cơ 40