Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý điều khiển vận hành, thí nghiệm máy cắt SF6
|
Máy cắt điện khí SF6 (Sulfur Hexafluoride) hay máy cắt SF6 là một thiết bị công nghiệp được dùng để thay thế các thiết bị máy cắt lỗi thời trong ngành công nghiệp điện đảm bảo hơn về tính an toàn hoặc các tính năng tiện dụng. Vậy hôm nay chúng tôi sẽ trình bày cụ thể về cấu tạo máy cắt SF6 cũng như nguyên lý làm việc của máy cắt khí sf6. Để quý khách hàng hiểu rõ hơn về dòng thiết bị điện mới này cũng như lợi ích nổi bật của nó. Show Quy trình vận hành máy cắt khí SF6 chính là tạo môi trường làm việc an toàn hơn cho công nhân ngành điện, giảm thiểu rủi ro cho các viên vận hành.  Máy cắt điện SF6Máy cắt điện SF6 là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp ở mọi chế độ vận hành:
Trong đó chế độ đóng cắt dòng ngắn mạch là chế độ làm việc nặng nề nhất. Quá trình đóng cắt mạch điện cao áp luôn ẩn rất nhiều nguy hiểm rủi ro và các sự cố có thể ảnh hưởng đến tính mạng con người cũng như tổn thất lớn về kinh tế. Sự ra đời của máy cắt điện SF6 với độ an toàn cao đã góp phần quan trọng trong sự phát triển của ngành công nghiệp điện. Máy cắt SF6 được thiết kế và chế tạo dành cho mọi cấp điện áp cao áp, từ mức nhỏ 3kV đến 800kV bởi các tính năng ưu việt của nó có:
Cấu tạo máy cắt SF6 220kvCấu tạo máy cắt sf6 220kv thường có 2 bộ phận:
Máy cắt SF6 dùng khí SF6 làm môi chất dập hồ quang vì nó không ăn mòn các thiết bị, phần tử bên trong máy đóng cắt, cũng như tính chất nhiệt của nó. Còn cơ cấu đóng cắt là bao gồm hệ thống thanh dẫn, tiếp điểm, phần lò xo và động cơ điện. Khí SF6 sẽ được nén và dự trữ trong một bình chứa có áp lực cao. Khi thực hiện ngắt mạch, khí SF6 được nén cao áp sẽ được phân tán thông qua các vòng cung bên trong máy cắt. Sau khi thực hiện xong dập hồ quang, SF6 tạm thời bị phân hủy được thu hồi vì phần lớn chúng kết hợp trở lại trạng thái ban đầu chứa trong thiết bị áp lực thấp. Sau đó được nén trở lại phần bình chứa áp lực cao sau đó tái sử dụng. Khí Sulfure hexafluoride chỉ dùng để cách điện và dập hồ quang. Nếu áp lực của SF6 trong buồng chứa tiếp điểm không đạt yêu cầu quy định thì khả năng dập hồ quang và cách điện không đảm bảo. Lúc này yêu cầu nạp lại khí SF6 và kiểm tra việc rò rỉ.
Quy trình vận hành – nguyên lý làm việc của máy cắt khí sf6Quy trình vận hành máy biến áp – Nguyên lý làm việc của máy cắt khí sf6 sẽ diễn ra như sau: ♦ Khi có tín hiệu cắt, phần trục truyền động 4 quay và kéo theo hệ thống động của buồng cắt (gồm phần tiếp điểm động hồ quang 2, phần tiếp điểm động làm việc xilanh 6, miệng thổi cách điện 9 ) chuyển động một cách tịnh tiến xuống dưới. ♦ Đồng thời khí SF6 đã được nén trong xilanh 6 theo hệ tiếp điểm làm việc cắt trước rồi đến phần hệ tiếp điểm hồ quang. ♦ Sau khi hồ quang phát sinh thì miệng thổi 9 sẽ được giải phóng khỏi tiếp điểm hồ quang 8. Phần khí nén được thoát ra và thổi tắt hồ quang. Thường ở mỗi bình cắt sẽ có đồng hồ chỉ áp suất khí và có phần van nạp khí bổ sung. Trong máy cắt điện SF6, hồ quang sẽ nhanh chóng được dập tắt ngay nếu có thổi hồ quang. Với máy cắt kiểu pittông tự thổi thì chỉ đòi hỏi khoảng 20% năng lượng của bộ phận truyền động nên chỉ cần bộ truyền động nhỏ gọn. Thiết bị làm việc chắc chắn, mức độ gây ồn nhỏ mà độ tin cậy cao hơn. Do đó máy cắt SF6 thường được ưa chuộng sử dụng tại các trạm biến áp vì lắp đặt chỉ cần diện tích rất nhỏ nhưng độ an toàn rất cao. Ngoài máy cắt điện SF6 thì hiện nay cũng có những dạng máy cắt điện khác như máy cắt điện dập hồ quang bằng dầu cách điện và máy cắt điện dập hồ quang bằng chân không, không khí nén. Tuy nhiên máy cắt SF6 vẫn luôn dẫn đầu trong lĩnh vực này về tính an toàn và tiện dụng. Quy trình vận hành máy cắt khí sf6 này bắt buộc các đối tượng sau phải nắm vững:
Nếu còn thắc mắc gì về các thông tin quy trình vận hành máy cắt khí SF6 và cấu tạo máy cắt SF6 thì hãy liên hệ với chúng tôi. Cần mua khí SF6 thì vui lòng liên hệ theo Hotline để được báo giá chính xác tại các thời điểm. Cam kết chất lượng khí về độ tinh khiết, nguồn gốc và các dịch vụ kèm theo.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--------------------------------------Nguyễn Duy HưngNGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN,VẬN HÀNH, THÍ NGHIỆM MÁY CẮT SF6LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬTNGƯỜI HƯỚNG DẪN:PGS.TS. Nguyễn Đình ThắngHà Nội, Năm 2014----------------------------------------------------------------------------------------------LỜI CAM ĐOANTôi cam đoan bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của cánhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Đình ThắngCác số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được aicông bố trong bất kỳ công trình nào khác.Học viênNguyễn Duy Hưng-------------------------------------------------------------------------------------------1-----------------------------------------------------------------------------------------------DANH MỤC CÁC HÌNH VẼCHƯƠNG 1Hình 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 2Hình 2.1: Kết cấu bên ngoài của máy cắt 110 kV SIEMENS (3AP1FG).CHƯƠNG 3Hình 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 4Hình 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 5Hình 5.1 : Buồng dập hồ quang tương ứng với các trạng thái của máy cắt.-------------------------------------------------------------------------------------------3-----------------------------------------------------------------------------------------------MỤC LỤCTrangTRANG PHỤ BÌALỜI CAM ĐOAN1DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ2CHƯƠNG MỞ ĐẦU11CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀTÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN.I. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.121. Khái niệm chung về máy cắt.122. Giới thiệu máy cắt một số hãng.14122.1. Máy cắt hãng Siemens.142.2. Máy cắt hãng Crompton Greaves Ltd.162.3. Máy cắt hãng ABB.183. Chọn phương án thiết kế.20II. TÍNH TOÁN CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY CẮT 110 kVSIEMENS (3AP1FG).1. Khoảng cách giữa các pha (S1).202. Khoảng cách giữa các tiếp điểm dập hồ quang khi mở hoàn toàn (S2).213. Chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang (S3).224. Chiều cao sứ đỡ trụ (S4).22III. KẾT LUẬN CHƯƠNG I.22CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY CẮT 110 kVSIEMENS (3AP1FG).I. TRỤ CỰC.231. Khoảng cách các pha.232. Chiều cao sứ cách điện.233. Chiều cao sứ trụ.234. Giá đỡ máy cắt.24II. BỘ TRUYỀN ĐỘNG.241.Thanh kéo cách điện.242123-------------------------------------------------------------------------------------------4----------------------------------------------------------------------------------------------2.Tay đòn.243.Thanh kéo.244.Tủ bộ truyền động.24III. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.241.Tiếp điểm tĩnh hồ quang.242.Tiếp điểm động hồ quang.243.Tiếp điểm động làm việc.254.Tiếp điểm tĩnh làm việc.255. Lò xo tiếp điểm.25IV. BUỒNG DẬP HỒ QUANG.261.Tiếp điểm hồ quang.262. Ống thổi hồ quang.263. Xy lanh nhiệt.264. Pittong.26KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.26CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG.27I. KHÁI NIỆM CHUNG.27II. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG.27III. KÍCH THƯỚC CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ CHÍNHTRONG BỘ TRUYỀN ĐỘNG.271. Thanh kéo cách điện.272. Tay đòn.273. Thanh nối27IV. ĐẶC TUYẾN VẬN TỐC.27V. CẤU TẠO BỘ TRUYỀN ĐỘNG LÒ XO.30VI. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC.321. Tích năng lò xo.322. Quá trình đóng.353. Quá trình cắt.38VII. 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.462.1. Phần mạch điện điều khiển máy cắt '' Tại chỗ '' (Local).462.2. Phần mạch điện điều khiển máy cắt '' từ xa'' (Remote).472.3. Mạch điện động cơ nạp lò xo (Spring - charging motor).482.4. Mạch điện máy nén không khí.483. Mạch diện điều khiển máy cắt SF6, nhà chế tạo: SIEMENS, kiểu493AP1FG dùng bộ truyền động lò xo.3.1. Mạch điện đóng tại chỗ máy cắt bằng nút ấn S9.503.2. Nguyên lý làm việc của mạch điện chống giã giò.503.3. Mạch điện đóng “từ xa” máy cắt.513.4. Mạch điện mở “tại chỗ” máy cắt bằng nút nhấn S3.513.5. Mạch điện mở “từ xa” của máy cắt.513.6. Mở tự động máy cắt do rơle bảo vệ tác động.523.7. Mạch điện thiếu áp suất SF6, cấp một và cấp hai.523.8. Mạch điện động cơ nạp lò xo đóng.533.9. Mạch điện bộ đếm số P1.543.10. Mạch điện trở sấy.54VIII. KẾT LUẬN CHƯƠNG 354CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.55I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.551. Khái niệm chung.552. Cấu tạo mạch vòng dẫn điện.55II. TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.561. Tính toán thanh dẫn tĩnh.561.1. Xác định kích thước thanh dẫn tĩnh.571.2. Xác định kích thước thanh dẫn động.571.3. Kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ ngắn mạch.592. Tính toán xy lanh nhiệt.613. Tính toán tiếp điểm.62-------------------------------------------------------------------------------------------6----------------------------------------------------------------------------------------------3.1. Xác định kích thước tiếp điểm tĩnh hồ quang.623.2. Xác định kích thước tiếp điểm động hồ quang.633.3. Xác định kích thước tiếp điểm động làm việc.633.4. Xác định kích thước tiếp điểm tĩnh làm việc.633.5. Xác định lực ép tiếp điểm.653.6. Tính ổn định nhiệt của tiếp điểm khi bị dòng ngắn mạch tác động.663.7. Tính toán lò xo tiếp điểm.703.8. Xác định độ mòn của tiếp điểm sau N lần đóng cắt choTiếp điểm dập hồ quang.724. Tính toán đầu nối.734.1. Mối nối từ lưới điện vào máy cắt , từ máy cắt ra tải.734.2. Mối nối từ tiếp điểm ngón đến thanh dẫn tĩnh.74KẾT LUẬN CHƯƠNG 475CHƯƠNG 5 : LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN BUỒNG DẬP HỒQUANG, QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM MÁY CẮT SF6 SAU LẮPĐẶTI.GIỚI THIỆU VỀ BUỒNG DẬP HỒ QUANG.761. Khái niệm chung.762. Nguyên lý tác động.773. Chọn buồng dập hồ quang.78II. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN BUỒNG DẬP HỒ QUANG.791. Tính toán buồng dập hồ quang.792. Kiểm tra buồng dập hồ quang.81III. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM SAU LẮP ĐẶT MÁY CẮT SF6831. An toàn.832. Kiểm tra tổng thể bên ngoài.843. Thao tác đóng cắt bằng tay, kiểm tra chống giã giò.844. Thao tác 5 lần đóng cắt bằng điện.855. Đo điện trở cách điện.856. Thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp 50 Hz.867. Đo điện trở một chiều và cách điện các cuộn đóng, cắt.8676-------------------------------------------------------------------------------------------7----------------------------------------------------------------------------------------------8. Kiểm tra động cơ tích năng.869. Kiểm tra áp lực khí.8610. Kiểm tra rơ le khí (trong quá trình nạp khí).8611. Kiểm tra rò khí.8712. Đo thời gian.8713. Đo điện trở tiếp xúc và các tiếp điểm chính bằng đo điện trở 1 chiều.8914. Các thí nghiệm khác tùy theo từng loại máy cắt và yêu cầu của nhà90chế tạo.15. Kết quả thí nghiệm máy cắt Siemens 3APGF1.90KẾT LUẬN CHUNG.92TÀI LIỆU THAM KHẢO94-------------------------------------------------------------------------------------------8-----------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tàiĐiện năng là một nguồn năng lượng thiết yếu trong cuộc sống, nó tham gia vàomọi lĩnh vực từ công nghiệp đến sinh hoạt. Bởi điện năng có ưu thế là: dễ chuyểnđổi thành những dạng năng lượng khác, không gây ô nhiễm môi trường, dễ truyềntải 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 cầnphải ngắt mạch điện, vì thế máy cắt là một thiết bị quan trọng không thể thiếu tronghệ 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. Trongđó máy cắt SF6 được thiết kế chế tạo cho mọi cấp điện áp, từ 3kV đến 800kV bởitính năng ưu việt của nó: khả năng cắt lớn, kích thước nhỏ gọn, độ an toàn và tincậy cao, tuổi thọ cao, chi phí bảo dưỡng thấp. Vì vậy thiết kế máy cắt cao áp SF6 làcần thiết.Sau đây tác giả xin trình bày nội dung của luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu cấutạo, 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 côngnghệ chế tạo máy cắt. Xây dựng thành tài liệu hoàn chỉnh, hỗ trợ các nhà sản xuấttrong nước tham khảo để có thể chế tạo máy cắt SF6 tại Việt Nam trong tương laigần.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 máycắt có đủ điều kiện đưa vào vận hành hay không). Liên hệ các kết quả nghiên cứuđược 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 cácbước thí nghiệm máy cắt SF6.Kết luận chung.------------------------------------------------------------------------------------------- 10 ----------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 1:PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾVÀ TÍNH CÁCH ĐIỆNI. 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 đóngcắt 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 làchế 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, dòngđiện ổn định điện động, dòng điện cắt định mức, công suất cắt định mức, thời gianđóng, thời gian cắt.Điện áp định mức là điện áp dây đặt lên thiết bị điện với thời gian làm việc dàihạn 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 trongthời gian làm việc dài hạn mà máy cắt không hỏng hóc. Việc tính toán dòng điệnđịnh mức dựa vào bài toán cân bằng nhiệt của mạch vòng dẫn điện ở chế độ xác lậpnhiệt.Dòng ổn định nhiệt với thời gian tương ứng là trị số hiệu dụng của dòng điệnngắn mạch, chạy trong thiết bị với thời gian cho trước mà nhiệt độ của mạch vòngdẫn 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 củadòng điện mà lực điện động do nó sinh ra không làm hỏng hóc thiết bị điện.Ixk = 1,8. 2.I nmNếu máy cắt đóng khi lưới bị ngắt mạch thì dòng điện đóng chính là dòngxung kích. Dòng điện cắt định mức là dòng điện ngắn mạch mà máy cắt có khảnăng cắt được với thời gian cắt đã cho.Công suất cắt định mức của máy cắt ba pha (còn gọi là dung lượng cắt) đượctính 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 máycắt đến khi máy cắt đóng hoàn toàn. Thời gian này phụ thuộc vào đặc tính cơ cấutruyền 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 hồquang 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 cháycủa 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 ảnhhưởng tới môi trường, dễ bảo quản, kiểm tra, thay thế, kích thước nhỏ gọn, tuổi thọcao.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 làmsạch dầu, bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp và dễ gây ra cháy nổ. Ngày nay máy cắtdầu loại thùng không còn chế tạo nữa.Ưu điểm chính của máy cắt không khí nén là khả năng cắt lớn, có thể đạt đếndòng cắt 100kA, thời gian cắt bé nên tiếp điểm có tuổi thọ cao. Mặt khác loại máycắt này không sợ cháy nổ như ở máy cắt dầu. Nhược điểm của loại máy cắt này làcó thiết bị khí nén đi kèm. Vì vậy chỉ nên dùng cho những trạm có số lượng máycắt lớn. Cho đến những năm 90 của thế kỷ 20, máy cắt không khí nén hầu nhưkhông còn được chế tạo nữa bởi nó không cạnh tranh được với loại chân không vàkhí SF6.Ưu điểm chính của máy cắt chân không là kích thước nhỏ gọn, không gây racháy nổ, tuổi thọ cao khi cắt dòng định mức (đến 10000 lần đóng cắt), gần nhưkhông 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 trongnhà. 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 đến800kV bởi tính năng ưu việt của nó có: khả năng cắt lớn, kích thước nhỏ gọn, độ antoàn 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 vớibộ truyền động có các thanh truyền để truyền chuyển động từ bộ truyền động đếncác trụ cực máy cắt.Lò xo đóng và lò xo cắt nằm trong bộ truyền động, để đóng được máy cắt cầntích năng lượng cho lò xo đóng bằng tay hoặc bằng động cơ nằm trong bộ truyềnđộng, 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 tayquay, 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 tayđòn, 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 tiếpđiểm.Hình 1.1: Cấu tạo của bộ truyền động máy cắt Siemens.------------------------------------------------------------------------------------------- 13 ----------------------------------------------------------------------------------------------Nguyên lý dập hồ quang:1.2.11.2.21.2.41.2.31.2.51.2.61.2.71.2.8Hình 1.2: Quá trình dập hồ quang của máy cắt SIEMENSTrong đó: 1.2.1: Tiếp điểm tĩnh1.2.5: Xy lanh nhiệt1.2.2: Ống thổi dập hồ quang1.2.6: Van1.2.3: Tiếp điểm động1.2.7: Pittong1.2.4: Tiếp điểm ngón1.2.8: VanMáy cắt dập hồ quang theo nguyên lý tự động điều chỉnh áp lực thổi, buồng dậphồ 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 độngtương 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 trênpittong (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 khoangtrên pittong (1.2.7) không đủ lớn để dập tắt hồ quang, chuyển động tương đối củapittong (1.2.7) tạo áp lực trong ngăn dưới pittong (1.2.7), mở van (1.2.6) tạo raluồng 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 quátrình mở, tiếp điểm động cùng với xy lanh phụt khí bị đẩy xuống. Xy lanh phụt khíchuyển động cùng với tiếp điểm động, nén khí SF6 chống lại pittong nén, bởi thế tạoluồng khí SF6 thổi mạnh qua ống thổi dập hồ quang và dập hồ quang. Sau khichuyển động được một khoảng, độ bền cách điện của khoảng mở đủ để đảm bảochống lại điện áp và bởi vậy dập tắt hồ quang. Sự đảm bảo của hệ thống được giatăng bởi hai ngăn áp suất riêng biệt khí SF6 nhờ đó làm giảm số lượng bộ phậnchuyển động và hệ thống phụ của máy cắt.Hoạt động cơ khí của lò xo – khí nén:tiếp điểm tĩnhhồ quangtiếp điểm tĩnh hồ quangống thổi hồ quangtiếp điểm động hồ quangtiếp điểm độngxy lanh phụt khíPittonggHình 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 đượcthực hiện bởi năng lượng của khí nén và hoạt động đóng được thực hiện bởi nănglượng lò xo mà không cần đến một lò xo được tích năng bằng động cơ. Đây là sựkhác biệt lớn với động cơ chạy bằng khí nén thông thường mà sử dụng năng lượngkhí nén cho cả hai quá trình nhả và đóng. Trong suốt quá trình nhả năng lượng khínén 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 suất15kg/cm2. Ở cuối quá trình nhả lò xo đóng tích năng một cách tự động. Mỗi mộtmáy cắt được lắp máy nén khí độc lập của riêng nó, bởi thế tránh được hệ thống ốngdẫn phức tạp và hệ thống máy nén khí cần cho máy nén trung tâm. Thêm một điểmthuận lợi về mặt cơ khí của loại máy này là năng lượng khí chỉ đòi hỏi trong quátrình 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 vàtích 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 tríđóng, lò xo mở luôn được tích năng lượng cho hoạt động mở. Nói cách khác, khimáy 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 đangđóng.Nguyên lý hoạt động được miêu tả cụ thể như sau: một đĩa cam và lò xo đượckết 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 quanhđĩa cam khi máy cắt được đóng. Trong khi nó quay, đĩa cam khởi động đườngtruyền, mà chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng.Hình 1.5: Cấu tạo bộ truyền động của máy cắt ABBNguyên lý dập hồ quang:Dựa trên nguyên lý thổi tự động. Khi cắt dòng điện nhỏ, dòng điện dung, dòngđiện tải, luồng khí từ xy lanh phụt hơi nhiệt thổi trực tiếp vào hồ quang. Khi cắtdòng điện ngắn mạch, năng lượng hồ quang làm áp suất khí tăng cao đến mức cầnthiết 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 ABB3. Chọn phương án thiết kế.Từ các kết cấu trên, xét thấy kết cấu máy cắt của hãng Siemens có nhiều ưuđiểm nổi trội kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, phù hợp với điều kiện nước ta. Vì vậy trongnội dung này tác giả sẽ chọn phương án thiết kế máy cắt SF6 theo kết cấu của hãngSiemens với cấp điện áp 110kV.Nguyên lý dập hồ quang: kiểu tự động điều chỉnh áp lực thổi, buồng dập hồquang 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 loạilò xo. Để đóng máy cắt cần tích năng lượng cho lò xo đóng bằng tay hoặc bằngđộng cơ, qua bộ giảm tốc bánh răng, trục chính, thanh nối tới lò xo đóng. Lò xo cắtđược 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 kíchthước 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 đãchọn.------------------------------------------------------------------------------------------- 18 ----------------------------------------------------------------------------------------------- Tính kích thước nhỏ nhất cho phép của các khoảng cách cách địên.Sơ đồ kết cấu máy ngắt:s s2s34s1Hình 1.7: Kết cấu máy cắtTrong 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 khoảngcách 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 hồquang. Theo phương quang theo phương trình 1-17 [3]: Upđt = Kdt.UpđTrong đó: Kdt - hệ số dự trữ. Kdt = 1,2Upđ - trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng. Tra theo bảng 1-9 [3] đối với thangcách điện 110 kV, được:Upđ = 260 (kV).------------------------------------------------------------------------------------------- 19 ----------------------------------------------------------------------------------------------Updt = 1,2.260 = 312 (kV).Chọn áp suất khí SF6 trong buồng dập hồ quang ở trạng thái ổn định khi đónghoặc mở hoàn toàn là 3at. (Theo IEC60694)Ở áp suất bình thường, độ bền điện của SF6 gấp 3 lần so với không khí. Vì vậytính toán khoảng cách giữa các tiếp điểm dập hồ quang trong máy ngắt SF 6 với ápsuất khí quyển gần đúng lấy bằng khoảng cách cách điện trong không khí ở điện ápphóng điện Upđt = 312 kV là 79 cm chia cho 3.S’2 = 79/3 = 26,3 (cm).Ở áp suất 2at, độ bền điện của khí SF6 tương đương với dầu biến áp. Vì vậykhoảng cách giữa các tiếp điểm dập hồ quang trong máy cắt SF6 ở áp suất 2at đượctính toán bằng với khoảng cách cách điện trong môi trường dầu.Suy ra: Upd = 312 kV được: S”2 = 19,5 (cm).Từ các kết quả trên ngoại suy gần đúng lấy khoảng cách giữa các tiếp điểm dậphồ quang trong máy ngắt SF6 ở áp suất 3at là: S2 = 14 (cm).3. Chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang (S3).Giá trị điện áp phóng điện tính toán xác định theo công thức 1-17 [3]:Upđt = Kdt.UpđTrong đó:Kdt - hệ số dự trữ lấy theo 1-11[3]. Kdt = 1.Upđ - trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng. Điện áp phóng điện khô đối với sứ trụtheo bảng 1-9[3] thang cách điện 110kV, được: Upđ = 315 (kV) Upđt = 1.315 = 315 (kV)Tra đồ thị 1-15[2] suy ra chiều cao nhỏ nhất cho phép của sứ cách điện củabuồng dập hồ quang là:Chọn chiều cao giữa các pha:S’3 = 105 (cm).S3 = 120 (cm).4. Chiều cao sứ trụ ( S4).Chiều cao sứ trụ lấy bằng chiều cao sứ cách điện của buồng dập hồ quang:S4 = S3 = 120 (cm).III . Kết luận:------------------------------------------------------------------------------------------- 20 ----------------------------------------------------------------------------------------------Máy cắt là thiết bị đặc trưng và quan trọng bậc nhất trong hệ thống điện. Việcliệt kê, tính toán sau đó đưa ra lựa chọn phù hợp dựa trên các tiêu chuẩn kĩ thuật vàyêu cầu thực tế là điều kiện tiên quyết trong việc vận hành lưới điện cao thế an toàn,hiệu quả, tin cậy. Với kinh nghiệm nhiều năm làm việc trong lĩnh vực thí nghiệm vàhiệu chỉnh thiết bị cao thế trước khi đưa vào vận hành chúng tôi thấy rằng máy cắtSIEMENS có nhiều ưu điểm so với máy cắt của hãng khác. Thông qua việc nghiêncứu cấu tạo và nguyên lý vận hành của máy cắt SIEMENS, chúng ta sẽ tham khảo,và đưa ra những phương án thiết kế hợp lý. Chúng ta sẽ đi vào nghiên cứu từngphần cụ thể. Đầu tiên là cấu tạo bên ngoài tổng thể của máy cắt.------------------------------------------------------------------------------------------- 21 ----------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 2:CẤU TẠO CHUNG CỦA MÁY CẮT 110 kV SIEMENS 3AP1FGMáy cắt gồm 3 trụ cực ứng với 3 pha, khi lắp 3 trụ cực nằm trên 1 giá đỡchung, bộ truyền động của máy cắt nằm ở pha B.2.1.52.1.32.1.12.1.22.1.4Hình 2.1: Cấu tạo tổng thể bên ngoài của máy cắt2.1.1 Giá đỡ máy cắt.2.1.2Đồng hồ hiển thị trạng thái đóng, ngắt của máy ngắt.2.1.3 Trụ sứ đỡ.2.1.4 Bộ truyền động.2.1.5 Buồng cắt.I. TRỤ CỰC.1. Khoảng cách giữa các pha.S1 = 150 (cm).2. Chiều cao sứ cách điện.S3 = 120 (cm).3. Chiều cao sứ trụ.S4 = 120 (cm).------------------------------------------------------------------------------------------- 22 ----------------------------------------------------------------------------------------------4. Giá đỡ máy cắt.Chiều dài giá đỡ máy cắt: D = 3480 (mm).Chiều rộng của giá đỡ máy cắt: R= 420 (mm).Chiều cao của giá đỡ máy cắt: H = 270 (mm).Khoảng cách từ giá đỡ máy cắt tới đất là: L = 1890 (mm).II. BỘ TRUYỀN ĐỘNG.Máy cắt sử dụng 1 bộ truyền động chung cho cả 3 pha, bộ truyền loại lò xo,nằm ở pha B. Giữa các pha B - A, B - C và giữa pha B với bộ truyền động có cácthanh truyền để truyền chuyển động từ bộ truyền động đến các cực máy cắt.1. Thanh kéo cách điện.Chiều dài thanh kéo cách điện là: L = 1050 (mm).2. Tay đòn .Chọn chiều dài tay đòn là: L = 220 (mm).Góc quay của tay đòn là: = 600 .3. Thanh kéo.Chiều dài thanh kéo là: L = 3400 (mm).4. Tủ bộ truyền động.Chiều cao tủ bộ truyền động: H = 925 (mm).Chiều dài tủ bộ truyền động: D = 1080 (mm).Chiều rộng tủ bộ truyền động: R = 420 (mm).III. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.1. Tiếp điểm tĩnh hồ quang.Vật liệu làm tiếp điểm tĩnh hồ quang là đồng, kim loại gốm.Tiếp điểm tĩnh hồ quang gắn với thanh dẫn tĩnh có dạng trụ đặc, phần đầu hìnhcầu.Đường kính tiếp điểm tĩnh hồ quang: D = 24 (mm).2. Tiếp điểm động hồ quang.Vật liệu làm tiếp điểm là đồng, kim loại gốm.Đường kính ngoài của tiếp điểm động hồ quang: D = 35 (mm).Đường kính trong của tiếp điểm khi đóng vào tiếp điểm động hồ quang:------------------------------------------------------------------------------------------- 23 ----------------------------------------------------------------------------------------------d = 24 (mm).Chiều dài tiếp điểm động hồ quang (phần tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh hồ quangtheo hướng dọc trục) là: H = 10 (mm).3. Tiếp điểm động làm việc.Tiếp điểm động làm việc gắn liền với xy lanh nhiệt, vì vậy có dạng trụ rỗng vàkích thước bằng kích thước xy lanh.Chọn vật liệu làm tiếp điểm là bạc, niken, than chì.Đường kính ngoài tiếp điểm: D = 156 (mm).Đường kính trong tiếp điểm: d = 150 (mm).4. Tiếp điểm tĩnh làm việc.Tiếp điểm tĩnh làm việc dạng ngón, và số tiếp điểm ngón là 10. Các tiếp điểmngón được sắp xếp thành một vòng tròn trên giá đỡ tiếp điểm .Khoảng cách giữa các tiếp điểm tĩnh khi đóng xuống tiếp điểm động làm việclà 19 (mm).Chiều rộng mỗi tiếp điểm ngón là: c = 40 (mm).Chiều dài khoảng tiếp xúc của tiếp điểm ngón với tiếp điểm động theo hướngtrục khi đóng hoàn toàn là: b = 3 (mm).Độ lún l của tiếp điểm là: l = 4 (mm).Chiều dài tiếp điểm ngón là: h = 70 (mm).Chiều dày tiếp điểm ngón: d = 6 (mm).5. Lò xo tiếp điểm.Kiểu lò xo xoắn hình trụ, làm việc chịu nén, được quấn bằng dây tròn.Vật liệu làm lò xo tiếp điểm: dây lò xo thép các bon OCT9389-60Đường kính d của dây quấn lò xo: d = 3 (mm).Đường kính trung bình của lò xo: D = 18 (mm).Số vòng lò xo: W = 3.Bước lò xo chịu nén: tn = 4,33 (mm).Chiều dài tự do của lò xo chịu nén: ln = 17,5 (mm).IV. BUỒNG DẬP HỒ QUANG.Buồng dập hồ quang 2 ngăn, nguyên lý dập hồ quang kiểu tự thổi.------------------------------------------------------------------------------------------- 24 - |
