Tài liệu Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý điều khiển, vận hành, thí nghiệm máy cắt sf6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------Nguyễn Duy Hưng NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN, VẬN HÀNH, THÍ NGHIỆM MÁY CẮT SF6 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Nguyễn Đình Thắng Hà Nội, Năm 2014 ---------------------------------------------------------------------------------------------- LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Đình Thắng Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên Nguyễn Duy Hưng -------------------------------------------------------------------------------------------1- ---------------------------------------------------------------------------------------------- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1 Hình 1.1: Cấu tạo của bộ truyền động máy cắt SIEMENS. Hình 1.2: Quá trình dập hồ quang của máy cắt SIEMENS. Hình 1.3: Quá trình dập hồ quang của máy cắt Crompton Greaves. Hình 1.4: Cấu tạo bộ truyền động của máy cắt Crompton Greaves. Hình 1.5: Cấu tạo bộ truyền động của máy cắt ABB. Hình 1.6: Quá trình dập hồ quang của máy cắt ABB. Hình 1.7: Kết cấu máy cắt. CHƯƠNG 2 Hình 2.1: Kết cấu bên ngoài của máy cắt 110 kV SIEMENS (3AP1FG). CHƯƠNG 3 Hình 3.1 : Đường đặctính vận tốc v = f(s). Hình 3.2 : Đường đặc tính vận tốc v = f(t). Hình 3.3 : Cấu tạo cơ khí bộ truyền động của máy cắt SIEMENS (3AP1FG). Hình 3.4 : Máy cắt ở vị trí cắt, lò xo đóng và lò xo cắt không tích năng. Hình 3.5 : Lò xo đóng đang tích năng. Hình 3.6 : Lò xo đóng đã tích năng, máy cắt ở vị trí cắt. Hình 3.7 : Giải phóng trục chính khỏi bánh răng tích năng. Hình 3.8 : Giải phóng lẫy đóng. Hình 3.9 : Máy cắt đang đóng. Hình 3.10 : Hành trình vượt quá của tay đòn với con lăn. Hình 3.11 : Lẫy ở vị trí đóng. Hình 3.12 : Máy cắt đóng, lò xo đã tích năng. Hình 3.13 : Lẫy cắt đã được giải phóng. Hình 3.14 : Sơ đồ mạch điều khiển mạch đóng, cắt. Hình 3.15 : Sơ đồ mạch bộ sấy và động cơ tích năng. Hình 3.16: Sơ đồ mạch điều khiển máy cắt SIEMENS 3AP1FG. CHƯƠNG 4 Hình 4.1 : Cấu tạo mạch vòng dẫn điện. Hình 4.2 : Tiếp điểm dập hồ quang. -------------------------------------------------------------------------------------------2- ---------------------------------------------------------------------------------------------Hình 4.3 : Khoảng cách giữa các tiếp điểm. Hình 4.4 : Chiều dài thanh dẫn mang tiếp điểm. CHƯƠNG 5 Hình 5.1 : Buồng dập hồ quang tương ứng với các trạng thái của máy cắt. -------------------------------------------------------------------------------------------3- ---------------------------------------------------------------------------------------------- MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN 1 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 2 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN. I. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 12 1. Khái niệm chung về máy cắt. 12 2. Giới thiệu máy cắt một số hãng. 14 12 2.1. Máy cắt hãng Siemens. 14 2.2. Máy cắt hãng Crompton Greaves Ltd. 16 2.3. Máy cắt hãng ABB. 18 3. Chọn phương án thiết kế. 20 II. TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY CẮT 110 kV SIEMENS (3AP1FG). 1. Khoảng cách giữa các pha (S1). 20 2. Khoảng cách giữa các tiếp điểm dập hồ quang khi mở hoàn toàn (S2). 21 3. Chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang (S3). 22 4. Chiều cao sứ đỡ trụ (S4). 22 III. KẾT LUẬN CHƯƠNG I. 22 CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY CẮT 110 kV SIEMENS (3AP1FG). I. TRỤ CỰC. 23 1. Khoảng cách các pha. 23 2. Chiều cao sứ cách điện. 23 3. Chiều cao sứ trụ. 23 4. Giá đỡ máy cắt. 24 II. BỘ TRUYỀN ĐỘNG. 24 1.Thanh kéo cách điện. 24 21 23 -------------------------------------------------------------------------------------------4- ---------------------------------------------------------------------------------------------2.Tay đòn. 24 3.Thanh kéo. 24 4.Tủ bộ truyền động. 24 III. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN. 24 1.Tiếp điểm tĩnh hồ quang. 24 2.Tiếp điểm động hồ quang. 24 3.Tiếp điểm động làm việc. 25 4.Tiếp điểm tĩnh làm việc. 25 5. Lò xo tiếp điểm. 25 IV. BUỒNG DẬP HỒ QUANG. 26 1.Tiếp điểm hồ quang. 26 2. Ống thổi hồ quang. 26 3. Xy lanh nhiệt. 26 4. Pittong. 26 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 26 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG. 27 I. KHÁI NIỆM CHUNG. 27 II. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG. 27 III. KÍCH THƯỚC CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ CHÍNH TRONG BỘ TRUYỀN ĐỘNG. 27 1. Thanh kéo cách điện. 27 2. Tay đòn. 27 3. Thanh nối 27 IV. ĐẶC TUYẾN VẬN TỐC. 27 V. CẤU TẠO BỘ TRUYỀN ĐỘNG LÒ XO. 30 VI. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC. 32 1. Tích năng lò xo. 32 2. Quá trình đóng. 35 3. Quá trình cắt. 38 VII. MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN. 38 -------------------------------------------------------------------------------------------5- ---------------------------------------------------------------------------------------------1. Tổng quan về mạch điều khiển điện trong máy cắt SF6. 2. Các mạch điều khiển chính trong sơ đồ điều khiển. 46 2.1. Phần mạch điện điều khiển máy cắt '' Tại chỗ '' (Local). 46 2.2. Phần mạch điện điều khiển máy cắt '' từ xa'' (Remote). 47 2.3. Mạch điện động cơ nạp lò xo (Spring - charging motor). 48 2.4. Mạch điện máy nén không khí. 48 3. Mạch diện điều khiển máy cắt SF6, nhà chế tạo: SIEMENS, kiểu 49 3AP1FG dùng bộ truyền động lò xo. 3.1. Mạch điện đóng tại chỗ máy cắt bằng nút ấn S9. 50 3.2. Nguyên lý làm việc của mạch điện chống giã giò. 50 3.3. Mạch điện đóng “từ xa” máy cắt. 51 3.4. Mạch điện mở “tại chỗ” máy cắt bằng nút nhấn S3. 51 3.5. Mạch điện mở “từ xa” của máy cắt. 51 3.6. Mở tự động máy cắt do rơle bảo vệ tác động. 52 3.7. Mạch điện thiếu áp suất SF6, cấp một và cấp hai. 52 3.8. Mạch điện động cơ nạp lò xo đóng. 53 3.9. Mạch điện bộ đếm số P1. 54 3.10. Mạch điện trở sấy. 54 VIII. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 54 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN. 55 I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN. 55 1. Khái niệm chung. 55 2. Cấu tạo mạch vòng dẫn điện. 55 II. TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN. 56 1. Tính toán thanh dẫn tĩnh. 56 1.1. Xác định kích thước thanh dẫn tĩnh. 57 1.2. Xác định kích thước thanh dẫn động. 57 1.3. Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch. 59 2. Tính toán xy lanh nhiệt. 61 3. Tính toán tiếp điểm. 62 -------------------------------------------------------------------------------------------6- ---------------------------------------------------------------------------------------------3.1. Xác định kích thước tiếp điểm tĩnh hồ quang. 62 3.2. Xác định kích thước tiếp điểm động hồ quang. 63 3.3. Xác định kích thước tiếp điểm động làm việc. 63 3.4. Xác định kích thước tiếp điểm tĩnh làm việc. 63 3.5. Xác định lực ép tiếp điểm. 65 3.6. Tính ổn định nhiệt của tiếp điểm khi bị dòng ngắn mạch tác động. 66 3.7. Tính toán lò xo tiếp điểm. 70 3.8. Xác định độ mòn của tiếp điểm sau N lần đóng cắt cho Tiếp điểm dập hồ quang. 72 4. Tính toán đầu nối. 73 4.1. Mối nối từ lưới điện vào máy cắt , từ máy cắt ra tải. 73 4.2. Mối nối từ tiếp điểm ngón đến thanh dẫn tĩnh. 74 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 75 CHƯƠNG 5 : LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN BUỒNG DẬP HỒ QUANG, QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM MÁY CẮT SF6 SAU LẮP ĐẶT I.GIỚI THIỆU VỀ BUỒNG DẬP HỒ QUANG. 76 1. Khái niệm chung. 76 2. Nguyên lý tác động. 77 3. Chọn buồng dập hồ quang. 78 II. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN BUỒNG DẬP HỒ QUANG. 79 1. Tính toán buồng dập hồ quang. 79 2. Kiểm tra buồng dập hồ quang. 81 III. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM SAU LẮP ĐẶT MÁY CẮT SF6 83 1. An toàn. 83 2. Kiểm tra tổng thể bên ngoài. 84 3. Thao tác đóng cắt bằng tay, kiểm tra chống giã giò. 84 4. Thao tác 5 lần đóng cắt bằng điện. 85 5. Đo điện trở cách điện. 85 6. Thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp 50 Hz. 86 7. Đo điện trở một chiều và cách điện các cuộn đóng, cắt. 86 76 -------------------------------------------------------------------------------------------7- ---------------------------------------------------------------------------------------------8. Kiểm tra động cơ tích năng. 86 9. Kiểm tra áp lực khí. 86 10. Kiểm tra rơ le khí (trong quá trình nạp khí). 86 11. Kiểm tra rò khí. 87 12. Đo thời gian. 87 13. Đo điện trở tiếp xúc và các tiếp điểm chính bằng đo điện trở 1 chiều. 89 14. Các thí nghiệm khác tùy theo từng loại máy cắt và yêu cầu của nhà 90 chế tạo. 15. Kết quả thí nghiệm máy cắt Siemens 3APGF1. 90 KẾT LUẬN CHUNG. 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 -------------------------------------------------------------------------------------------8- ---------------------------------------------------------------------------------------------- CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Điện năng là một nguồn năng lượng thiết yếu trong cuộc sống, nó tham gia vào mọi lĩnh vực từ công nghiệp đến sinh hoạt. Bởi điện năng có ưu thế là: dễ chuyển đổi thành những dạng năng lượng khác, không gây ô nhiễm môi trường, dễ truyền tải và phân phối… Trong quá trình sử dụng điện năng luôn cần thực hiện các hoạt động: nâng cấp, sửa chữa, bảo dưỡng, xử lý sự cố… Để thực hiện các hoạt động này, trước tiên cần phải ngắt mạch điện, vì thế máy cắt là một thiết bị quan trọng không thể thiếu trong hệ thống điện. Theo môi trường dập hồ quang, máy cắt được chia ra các loại: máy cắt dầu, máy cắt khí nén, máy cắt chân không, máy cắt tự sinh khí, máy cắt khí SF6. Trong đó máy cắt SF6 được thiết kế chế tạo cho mọi cấp điện áp, từ 3kV đến 800kV bởi tính năng ưu việt của nó: khả năng cắt lớn, kích thước nhỏ gọn, độ an toàn và tin cậy cao, tuổi thọ cao, chi phí bảo dưỡng thấp. Vì vậy thiết kế máy cắt cao áp SF6 là cần thiết. Sau đây tác giả xin trình bày nội dung của luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu cấu tạo, và nguyên lý vận hành, thí nghiệm máy cắt cao áp SF6”. 2. Mục đích, ý nghĩa thực tiễn. Nghiên cứu cấu tạo, sơ đồ điều khiển, quy trình thí nghiệm từ đó đưa ra công nghệ chế tạo máy cắt. Xây dựng thành tài liệu hoàn chỉnh, hỗ trợ các nhà sản xuất trong nước tham khảo để có thể chế tạo máy cắt SF6 tại Việt Nam trong tương lai gần. 3. Nội dung chính của đề tài cần giải quyết. Nghiên cứu, tính toán các thông số, lựa chọn vật liệu để thiết kế máy cắt SF6, thí nghiệm trước vận hành của máy cắt (các kết quả thí nghiệm từ đó kết luận máy cắt có đủ điều kiện đưa vào vận hành hay không). Liên hệ các kết quả nghiên cứu được với điều kiện sản xuất trong nước. Từ đó đưa ra các phương án thiết kế. Nội dung của luận văn được bố trí như sau: -------------------------------------------------------------------------------------------9- ---------------------------------------------------------------------------------------------Chương mở đầu. Chương 1: Phân tích chọn phương án thiết kế, tính toán cách điện. Chương 2: Cấu tạo chung của máy cắt SF6 (Siemens 3AGP1FG). Chương 3: Thiết kế bộ truyền động, điều khiển của máy cắt SF6. Chương 4: Tính toán mạch vòng dẫn điện. Chương 5: Lựa chọn và tính toán buồng dập hồ quang, quy trình và các bước thí nghiệm máy cắt SF6. Kết luận chung. ------------------------------------------------------------------------------------------- 10 - ---------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ TÍNH CÁCH ĐIỆN I. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 1. Khái niệm chung về máy cắt. Máy cắt điện cao áp (còn gọi là máy cắt cao áp) là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện có điện áp từ 1000V trở lên ở mọi chế độ vận hành: chế độ không tải, chế độ định mức, chế độ sự cố, trong đó chế độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch là chế độ nặng nề nhất. Các thông số chính của máy cắt gồm: điện áp định mức (còn gọi là danh định), dòng điện định mức, dòng điện ổn định nhiệt ứng với thời gian tương ứng, dòng điện ổn định điện động, dòng điện cắt định mức, công suất cắt định mức, thời gian đóng, thời gian cắt. Điện áp định mức là điện áp dây đặt lên thiết bị điện với thời gian làm việc dài hạn mà cách điện của máy cắt không hỏng hóc, tính theo trị số hiệu dụng. Dòng điện định mức là trị số hiệu dụng của dòng điện chạy qua máy cắt trong thời gian làm việc dài hạn mà máy cắt không hỏng hóc. Việc tính toán dòng điện định mức dựa vào bài toán cân bằng nhiệt của mạch vòng dẫn điện ở chế độ xác lập nhiệt. Dòng ổn định nhiệt với thời gian tương ứng là trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch, chạy trong thiết bị với thời gian cho trước mà nhiệt độ của mạch vòng dẫn điện không vượt quá nhiệt độ cho phép ở chế độ làm việc ngắn hạn. Dòng điện ổn định điện động (còn gọi là dòng xung kích) là trị số lớn nhất của dòng điện mà lực điện động do nó sinh ra không làm hỏng hóc thiết bị điện. Ixk = 1,8. 2.I nm Nếu máy cắt đóng khi lưới bị ngắt mạch thì dòng điện đóng chính là dòng xung kích. Dòng điện cắt định mức là dòng điện ngắn mạch mà máy cắt có khả năng cắt được với thời gian cắt đã cho. Công suất cắt định mức của máy cắt ba pha (còn gọi là dung lượng cắt) được tính theo công thức: Scdm = 3.U dm.I cdm ------------------------------------------------------------------------------------------- 11 - ---------------------------------------------------------------------------------------------Trong đó: Udm - Điện áp định mức của lưới điện. Icdm – Dòng cắt định mức. Thời gian đóng là quãng thời gian từ khi có tín hiệu “đóng” được đưa vào máy cắt đến khi máy cắt đóng hoàn toàn. Thời gian này phụ thuộc vào đặc tính cơ cấu truyền động và hành trình của tiếp điểm động. Thời gian cắt của máy cắt là quãng thời gian từ khi có tín hiệu cắt đến khi hồ quang bị dập tắt hoàn toàn. Thời gian này phụ thuộc vào đặc tính của cơ cấu cắt (thường là lò xo cắt được tích năng lượng trong quá trình đóng) và thời gian cháy của hồ quang, được tính toán cho hồ quang của dòng cắt định mức. Các yêu cầu chính đối với máy cắt là: độ tin cậy cao cho mọi chế độ làm việc, quá điện áp khi cắt thấp, thời gian đóng và thời gian cắt nhanh, không gây ảnh hưởng tới môi trường, dễ bảo quản, kiểm tra, thay thế, kích thước nhỏ gọn, tuổi thọ cao. Dựa theo môi trường dập hồ quang, máy cắt được chia ra các loại: máy cắt dầu, máy cắt khí nén, máy cắt chân không, máy cắt tự sinh khí, máy cắt khí SF 6. Nhược điểm chính của máy cắt dầu là kích thước, khối lượng lớn, cần phải làm sạch dầu, bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp và dễ gây ra cháy nổ. Ngày nay máy cắt dầu loại thùng không còn chế tạo nữa. Ưu điểm chính của máy cắt không khí nén là khả năng cắt lớn, có thể đạt đến dòng cắt 100kA, thời gian cắt bé nên tiếp điểm có tuổi thọ cao. Mặt khác loại máy cắt này không sợ cháy nổ như ở máy cắt dầu. Nhược điểm của loại máy cắt này là có thiết bị khí nén đi kèm. Vì vậy chỉ nên dùng cho những trạm có số lượng máy cắt lớn. Cho đến những năm 90 của thế kỷ 20, máy cắt không khí nén hầu như không còn được chế tạo nữa bởi nó không cạnh tranh được với loại chân không và khí SF6. Ưu điểm chính của máy cắt chân không là kích thước nhỏ gọn, không gây ra cháy nổ, tuổi thọ cao khi cắt dòng định mức (đến 10000 lần đóng cắt), gần như không cần bảo dưỡng định kỳ, vì vậy loại máy cắt này được dùng khá rộng rãi ở ------------------------------------------------------------------------------------------- 12 - ---------------------------------------------------------------------------------------------lưới điện trung áp, với dòng điện định mức đến 3000A, chủ yếu dùng lắp đặt trong nhà. Dòng điện cắt cỡ 50kA, thời gian cháy của hồ quang cỡ 15ms. Máy cắt SF6 được thiết kế, chế tạo cho mọi cấp điện áp cao áp, từ 3kV đến 800kV bởi tính năng ưu việt của nó có: khả năng cắt lớn, kích thước nhỏ gọn, độ an toàn và tin cậy cao, tuổi thọ cao, chi phí bảo dưỡng thấp. 2. Giới thiệu máy cắt SF6 của một số hãng. 2.1. Máy cắt của hãng Siemens. Máy cắt có ba trụ cực ứng với 3 pha, khi lắp 3 trụ cực nằm trên 1 giá đỡ chung, bộ truyền động của máy cắt nằm ở pha B. Giữa các pha B-A, B-C và giữa pha B với bộ truyền động có các thanh truyền để truyền chuyển động từ bộ truyền động đến các trụ cực máy cắt. Lò xo đóng và lò xo cắt nằm trong bộ truyền động, để đóng được máy cắt cần tích năng lượng cho lò xo đóng bằng tay hoặc bằng động cơ nằm trong bộ truyền động, lò xo cắt được tích năng lượng trong quá trình đóng. Cơ cấu tích năng cho lò xo: động cơ tích năng, khi cần có thể dùng bằng tay quay, qua bộ giảm tốc bánh răng, trục chính, thanh nối tới lò xo đóng. Cơ cấu đóng: nam châm điện đóng, qua cam, lực từ lò xo đóng truyền tới tay đòn, trục quay, các thanh kéo đi đóng tiếp điểm. Cơ cấu cắt: nam châm điện cắt, lẫy cắt, giải phóng tay đòn, lò xo đi cắt tiếp điểm. Hình 1.1: Cấu tạo của bộ truyền động máy cắt Siemens. ------------------------------------------------------------------------------------------- 13 - ---------------------------------------------------------------------------------------------Nguyên lý dập hồ quang: 1.2.1 1.2.2 1.2.4 1.2.3 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.2.8 Hình 1.2: Quá trình dập hồ quang của máy cắt SIEMENS Trong đó: 1.2.1: Tiếp điểm tĩnh 1.2.5: Xy lanh nhiệt 1.2.2: Ống thổi dập hồ quang 1.2.6: Van 1.2.3: Tiếp điểm động 1.2.7: Pittong 1.2.4: Tiếp điểm ngón 1.2.8: Van Máy cắt dập hồ quang theo nguyên lý tự động điều chỉnh áp lực thổi, buồng dập hồ quang có hai ngăn: ngăn trên pittong (1.2.7) và ngăn dưới pittong (1.2.7). Năng lượng hồ quang tạo áp lực thổi cho ngăn trên pittong (1.2.7), chuyển động tương đối của pittong (1.2.7) tạo áp lực cho ngăn dưới pittong (1.2.7). Khi cắt dòng điện lớn, năng lượng hồ quang lớn tạo áp lực trong ngăn trên pittong (1.2.7) đủ lớn để dập tắt hồ quang (nguyên lý tự thổi). Khi dòng điện nhỏ, năng lượng hồ quang nhỏ áp lực hồ quang trong khoang trên pittong (1.2.7) không đủ lớn để dập tắt hồ quang, chuyển động tương đối của pittong (1.2.7) tạo áp lực trong ngăn dưới pittong (1.2.7), mở van (1.2.6) tạo ra luồng khí dập tắt hồ quang (nguyên lý pittong). 2.2. Máy cắt hãng Crompton Greaves Ltd. Cấu tạo và hoạt động: ------------------------------------------------------------------------------------------- 14 - ---------------------------------------------------------------------------------------------Thiết bị ngắt được bơm đầy khí SF6 đến đỉnh cực và tiếp điểm tĩnh làm việc, ống thổi dập hồ quang, tiếp điểm động, xy lanh phụt khí, và pittong nén. Trong quá trình mở, tiếp điểm động cùng với xy lanh phụt khí bị đẩy xuống. Xy lanh phụt khí chuyển động cùng với tiếp điểm động, nén khí SF6 chống lại pittong nén, bởi thế tạo luồng khí SF6 thổi mạnh qua ống thổi dập hồ quang và dập hồ quang. Sau khi chuyển động được một khoảng, độ bền cách điện của khoảng mở đủ để đảm bảo chống lại điện áp và bởi vậy dập tắt hồ quang. Sự đảm bảo của hệ thống được gia tăng bởi hai ngăn áp suất riêng biệt khí SF6 nhờ đó làm giảm số lượng bộ phận chuyển động và hệ thống phụ của máy cắt. Hoạt động cơ khí của lò xo – khí nén: tiếp điểm tĩnh hồ quang tiếp điểm tĩnh hồ quang ống thổi hồ quang tiếp điểm động hồ quang tiếp điểm động xy lanh phụt khí Pittong g Hình 1.3: Quá trình dập hồ quang của máy cắt Crompton Greaves. Hoạt động cơ khí là một dạng của lò xo – khí nén tức là hoạt động nhả được thực hiện bởi năng lượng của khí nén và hoạt động đóng được thực hiện bởi năng lượng lò xo mà không cần đến một lò xo được tích năng bằng động cơ. Đây là sự khác biệt lớn với động cơ chạy bằng khí nén thông thường mà sử dụng năng lượng khí nén cho cả hai quá trình nhả và đóng. Trong suốt quá trình nhả năng lượng khí nén được cung cấp bởi nguồn khí mà được nạp trong khoang cơ khí. Một khoang ------------------------------------------------------------------------------------------- 15 - ---------------------------------------------------------------------------------------------nén khí trong khoang cơ khí bảo vệ áp suất khí trong nguồn khí hoạt động ở áp suất 15kg/cm2. Ở cuối quá trình nhả lò xo đóng tích năng một cách tự động. Mỗi một máy cắt được lắp máy nén khí độc lập của riêng nó, bởi thế tránh được hệ thống ống dẫn phức tạp và hệ thống máy nén khí cần cho máy nén trung tâm. Thêm một điểm thuận lợi về mặt cơ khí của loại máy này là năng lượng khí chỉ đòi hỏi trong quá trình nhả, toàn bộ hệ thống khí nén làm việc với một áp suất khí đơn và một nguồn ,bởi thế gia tăng sự chắc chắn và sự tin cậy của máy cắt. Hình 1.4: Cấu tạo bộ truyền động của máy cắt Crompton Greaves. 2.3. Máy cắt của hãng ABB. Mỗi cực đơn làm việc của máy cắt được trang bị với một động cơ điều khiển. Cả máy ngắt có thể làm việc với chỉ một động cơ điều khiển. Lò xo đóng trong bộ cơ khí phát sinh lực hoạt động cần thiết đóng máy cắt và tích năng lượng cho lò xo mở. Lò xo mở là một phần của hệ thống kết nối của máy cắt. Khi máy cắt ở vị trí đóng, lò xo mở luôn được tích năng lượng cho hoạt động mở. Nói cách khác, khi máy cắt ở trạng thái đóng luôn chuẩn bị sẵn sàng cho hoạt động mở. ------------------------------------------------------------------------------------------- 16 - ---------------------------------------------------------------------------------------------Bộ truyền động bánh răng tích năng cho lò xo được hoạt động bởi một động cơ, tích năng lượng một cách tự động cho lò xo đóng ngay khi hoạt động đóng xảy ra. Lò xo được giữ ở trạng thái tích năng bởi một chốt. Chốt nhả khi máy cắt đang đóng. Nguyên lý hoạt động được miêu tả cụ thể như sau: một đĩa cam và lò xo được kết nối bởi dây xích. Dây xích gồm hai vòng và chạy trên bánh răng của động cơ, năng lượng được truyền đi khi lò xo đang được tích năng và dây xích chạy quanh đĩa cam khi máy cắt được đóng. Trong khi nó quay, đĩa cam khởi động đường truyền, mà chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng. Hình 1.5: Cấu tạo bộ truyền động của máy cắt ABB Nguyên lý dập hồ quang: Dựa trên nguyên lý thổi tự động. Khi cắt dòng điện nhỏ, dòng điện dung, dòng điện tải, luồng khí từ xy lanh phụt hơi nhiệt thổi trực tiếp vào hồ quang. Khi cắt dòng điện ngắn mạch, năng lượng hồ quang làm áp suất khí tăng cao đến mức cần thiết để dập tắt hồ quang. Những yêu cầu về cơ khí bởi thế được giảm đi. ------------------------------------------------------------------------------------------- 17 - ---------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 1.6: Quá trình dập hồ quang của máy cắt ABB 3. Chọn phương án thiết kế. Từ các kết cấu trên, xét thấy kết cấu máy cắt của hãng Siemens có nhiều ưu điểm nổi trội kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, phù hợp với điều kiện nước ta. Vì vậy trong nội dung này tác giả sẽ chọn phương án thiết kế máy cắt SF6 theo kết cấu của hãng Siemens với cấp điện áp 110kV. Nguyên lý dập hồ quang: kiểu tự động điều chỉnh áp lực thổi, buồng dập hồ quang có hai ngăn, ngăn trên pittong và ngăn dưới pittong. Máy cắt sử dụng một bộ truyền động chung cho cả ba pha, bộ truyền động loại lò xo. Để đóng máy cắt cần tích năng lượng cho lò xo đóng bằng tay hoặc bằng động cơ, qua bộ giảm tốc bánh răng, trục chính, thanh nối tới lò xo đóng. Lò xo cắt được tích năng lượng trong quá trình đóng. II. TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN. Tính toán cách điện bao gồm giải quyết các vấn đề: - Chọn các bộ phận có khoảng cách cách địên và chọn sơ bộ hình dáng kích thước các điện cực tạo thành các khoảng cách đã chọn. - Xác định các giá trị điện áp phóng điện tính toán cho từng khoảng cách đã chọn. ------------------------------------------------------------------------------------------- 18 - ---------------------------------------------------------------------------------------------- Tính kích thước nhỏ nhất cho phép của các khoảng cách cách địên. Sơ đồ kết cấu máy ngắt: s s 2 s 3 4 s 1 Hình 1.7: Kết cấu máy cắt Trong đó: S1 - Khoảng cách giữa các pha. S2 - Khoảng cách giữa các tiếp điểm dập hồ quang mở hoàn toàn. S3 - Chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang. S4 - Chiều cao sứ trụ. 1. Khoảng cách giữa các pha (S1). Tra điện áp phóng điện khô theo bảng 1-9 [3] đối với thang cách điện 110 kV, được: Upđ = 315 (kV). Từ giá trị điện áp phóng điện trên tra trên đồ thị hình 1-14 [3] suy ra khoảng cách nhỏ nhất giữa các pha là: S1 = 79 (cm). Chọn trị số khoảng cách giữa các pha là: 150 (cm). 2. Khoảng cách giữa các tiếp điểm dập hồ quang mở hoàn toàn (S2). Điện áp phóng điện tính toán đối với khoảng cách giữa các tiếp điểm dập hồ quang. Theo phương quang theo phương trình 1-17 [3]: Upđt = Kdt.Upđ Trong đó: Kdt - hệ số dự trữ. Kdt = 1,2 Upđ - trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng. Tra theo bảng 1-9 [3] đối với thang cách điện 110 kV, được: Upđ = 260 (kV). ------------------------------------------------------------------------------------------- 19 -