Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Phần 1: MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP THÔNG DỤNG Chương 1: Khí cụ phân phối bảo vệ § 1-1 Cầu dao Định nghĩa : -Dùng để đóng cắt mạng điện hạ áp không tải tải nhỏ -Cầu dao phụ tải : dòng cắt < dòng tải Cấu tạo: k * I dl ⇒ Fđđ = Fđđ ~ l 4Π l d x → chiều dài lưỡi dao không tuyến tính với Icắt -Với dòng lớn dùng thêm lưỡi dao phụ ,buồng dập hồ quang.Ngoài dùng cầu dao hộp , đóng cắt từ dư -Lực hút hồ quang vào buồng dập Fdd Fdt (Sắt non từ ) -Ngoài dùng cầu dao hộp, đóng cắt tự Nút ấn ,công tắc loại ,các hệ khống chế,bộ điều khiển ,cầu dao đổi nối , điện trở , biến trở … Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT § 1-2 Cầu chì I Khái niệm: - Cầu chì Khí Cụ Điện bảo vệ mạch điện có tải ngắn mạch Cấu tạo : + Dây chảy: phần quan trọng ,là nơi đứt có cố + Vật liệu : đồng ,bạc,kẽm chì VD: Vật liệu Đồng Bạc Kẽm Thiếc ρ ( Ω mm2/m ) 0.0153 0.0147 0.06 0.21 A’ 80000 62000 9000 1200 A’’ 11600 8000 3000 400 A’’ + A’ 91600 70000 12000 1600 Đặc tính bảo vệ: Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT t (s) I(A) Khi I ~ Ith : chế độ làm việc nặng nề Để loại bỏ chế độ trên: Dùng dây chảy có tiết diện thu hẹp ,dẹp ( Hạ áp ) Dùng hiệu ứng luyện kim Giọt kim loại có tonc < tonc dây chảy → chảy trước + Hệ thống tiếp điểm: - nơi đưa điện vào,ra khỏi dây chảy + Vỏ cầu chì : - Ngăn không cho hồ quang xuất cầu chì đứt tiếp xúc với phận lân cận nơi cầm tay để thay cầu chì • Phân loại: + cầu chì hở + cầu chì nửa hở + cầu chì kín : cầu chì chất nhồi cầu chì có chất nhồi II Tính toán cầu chì Bài toán 1: Biết Ith ,vâti liệu làm cầu chì,kích thước l ↔ tìm … cầu chì Phương trình cân nhiệt: Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT I2th*R = KT*ST*( θ nc - θ ) R = ρ *[1 + ∝ *( θ nc - θ )]* l S Trong : ρ = 0.0159 ( Ω mm2/m ) ∝ = 0.0043 ( ⇒ Ith = K T * S T * (θ nc − θ ) R + ST = Π *d*l + S= ⇒ Ith = ) τ Π*d2 K T * Π * d * (θ nc − θ ) = A0*d3/2 ρ * [1+ ∝ (θ nc − θ )] A0*d3/2 : hệ số phụ thuộc vật liệu Đối với hình chữ nhật : ST = 2*( a+b )*l S = a*b Bài toán 2: Tìm mối quan hệ thời gian tác động dòng điện t = f(I) Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT t (s) I(A) Ta có : ttđ = t’ + t’’ + t’’’ Với : t’ : từ bắt đầu có cố dây chảy bắt đầu chảy t’’ : từ dây chảy bắt đầu chảy đứt vể mặt t’’’ : từ lúc đứt khí đứt điện ( hồ quang cháy ) a: Trong khoảng thời gian t’ Toàn nhiệt lượng sinh : I2*R*dt = V * γ * C * dθ Trong : I2*R*dt : nhiệt sinh V * γ * C * dθ : nhiệt đốt nóng t' ⇒ ∫ dt = ⇒ t’ = A’*( θ nc ∫θ V * γ * C * dθ I2 *R S ) I b: Trong khoảng thời gian t’’ I2*R*dt = λ * γ * S * dl nc R= R1 + R2 : R1 nóng chảy R2 chưa nóng chảy Chảy hết chiều dài l” Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT 2) Xây dựng đặc tính lực hút 3) Phối hợp đặc tính lực hút phản lực - Tương đối đồng dạng với - Diện tích hai đặc tính có giá trị xác định miền - Hai đường không cắt , Fhút > Fcơ § 6.5 Tính toán lò so 1) Chọn vật liệu 2) Xác định số vòng , d , D Chương : Nam châm điện §7.1 Khái niệm chung - Biến điện thành + Nếu thẳng : Dịch chuyển nhỏ + Nếu quay : góc nhỏ - Hiện tượng vật lý phức tạp , thiết kế dùng công thức thực nghiệm - Tuỳ theo yêu cầu thực tế mà lựa chọn dạng nam châm điện khác - Xét trình tự thiết kế + Không có vòng ngắn mạch Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Bδ = Bm sin ωt F = 4B s = Bm2 s − Bm2 s cos 2ωt = F0 − F0 cos 2ωt + Có vòng ngắn mạch φ biến thiên xuất lnm lnm = − dψ dϕ =− dt dt ln m → φ nm chống lại biến thiên ϕ rnm ϕ lệch pha ϕ1 góc α → enm = − tgα = ωWngm Gδ rnm ϕ1  → F1 = B12mδ − B12mδ cos 2ωt ϕ2  → F2 = B22mδ − B212 mδ cos(2ωt − 2α ) 2 2  → F1 + F2 = B1mδ B2 mδ − B1mδ cos 2ωt − B21mδ cos(2ωt − 2α ) + P= Fbdm = => lý tưởng Fhd Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp P= Fbdm =1 Fhd Bộ Môn TBĐ- ĐT => Không có chống rung Điều kiện chống rung lý tưởng F01 = F2  → B12m s1 = B22m s1 Khi s2=2s1 Bm = B2m Fbdm = F012 + F022 + F01 F02 cos 2α = Fbdm =2F01cosα = π α=  → rnm=0  → Không tồn thực tế Chọn α =(58÷75) thoả mãn Fmin>Fp § 7.2 Các thông số nhiệm vụ thiết kế A) Các thông số vận hành - Tuỳ dạng kết cấu - Nguồn điện - Chế độ làm việc - Công suất tiêu thụ - Nhiệt độ phát nóng cho phép - Các thông số hút nhả Utđ : điện áp đặt vào cuộn dây nhỏ để hút • Unhả: điện áp lớn để nhả hoàn toàn • • Kn = U ph U td = Fnh I nh = Ftd I td ttd = t1+ t2 tnh= t3 + t4 • Ncơ , Nđ tần số đóng cắt • Khối lượng NCĐ • Kích thước lắp ghép • Giá thành • B) Các thông số về công - Công lý thuyết ihút , ψhút - Công toàn phần công từ σmở → σhút - Công hữu ích : công(σmở → σhút) • Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT C)Nhiệm vụ thiết kế 1) Bài toán thuận : Fcs → kích thước , thông số NCĐ( thiết kế sơ bộ) 2) Bài toán ngược Từ NCĐ đã có → tính đặc tính lực hút Xây dựng Ucd = (0,85 ; ; 1,1) Ucdđm (kiểm nghiệm NCĐ) D) Trình tự NCĐ - Xác định thông số NCĐ - Tính toán sơ - Tính toán kiểm nghiệm : với NCĐ thay đổi phải tính vòng ngắn mạch § 7.3 Số liệu ban đầu G→ Gs Gr σ r , σt Gt Iw φδ Fđt W,d – ktcx ttđ ,tnh , knh 1) Các số liệu về cấu - Độ chịu va đập chịu rung - Lực hành trình cấu - Chế độ làm việc - Điện áp nguồn - Môi truờng xung quanh nhiệt độ cho phép - Các tiêu tối ưu NCĐ - Các yêu cầu phụ khác , thời gian đóng , nhả , công suất tiêu thụ cuộn dây - Yêu cầu công nghệ chế tạo - Phạm vi sai số cho phép ( lực hút , khe hở - Vật liệu thông số hệ số Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT § 7.4 Chọn dạng kết cấu - Đặc tính lực hút Phối hợp với đặc tính Hệ số kết cấu chiều Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp K kc = Bộ Môn TBĐ- ĐT Fdt δ Fdt K kc = δ → Dạng NCĐ § 7.5 Chọn vật liệu từ  chiều : thường dùng dạng khối , chọn sắt từ mềm→ B max  Xoay chiều : chọn thép KTĐ B : muốn cho thời gian tác động nhỏ B nhỏ (0,4 ÷ 0,6) T Khi Bm =( 1,6÷ 1,7) § 7.6 Xác định kích thước của NCĐ - I) Kích thước mạch từ - Từ đặc tính , chọn điểm nguy hiểm → Fcơth Fđttt = Kđt Fcơth Kđt hệ số dự trữ Tìm điện tích cực từ S s Fđttt= 4,06.B σ.10 → S= Fdttt 4,06.Bs2 10 (m2) Chọn Bσ = 0,3÷ tesla δr = 1+ = 1+ φr φ = φδ φδ Bđóng = Bnhả σr nhả Gr Gδ Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Đóng hoàn toàn σr đóng = ÷ 1,05 Mở σr mở = ÷ - chiều dmũ lõi = 4S r S = a.b ( Chọn a ≈ b ) II) Kích thước cuộn dây 1) Xác định Stđ tác động chiều: (Iw)tđ = (Iw)σ nhả + ( iw)σ p nhả + (Iw)Fe ; ( iw)σ p nhả + (Iw)Fe = (0,5÷1) (Iw)tđ (Iwσ)nhả = φδ Rµδ = φδ S nh µ S ~ chiều : (Iw)tđ = (Iw) nhả + (Iw)hút Kiểm tra : KI = ( I w ) td = (4 ÷ 15) (I w ) h J = 2A/mm chọn Klđ = 0,3÷0,6 III) Kết cấu nam châm điện xác định kích thước § 7.7 Tính toán từ dẫn mạch từ Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Grđt chiều Bộ Môn TBĐ- ĐT ½ gl = ½ Grt gl = Grt Xoay chiều gl Grt = 3 Vẽ mạch từ đẳng trị , xác định σr , σt § 7.8 Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện chiều 1) Tính dựng đặc tính lực hút 2) Tính thông số cuộn dây 3) Tính toán nhiệt cho cuộn dây 4) Hiệu chỉnh kích thước của nam châm điện thấy cần thiết 5) Tính thờ gian hút nhả 6) Tính hệ số nhả Unhả inhả Fnhả Knhả= = = Utđ itđ Ftđ Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT § 7.9 Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện xoay chiều Fđt = Fkđ Tính toán vòng ngắn mạch Fmin > Fp Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT (1) Fp1 : Cho hình vẽ hở có vòng ngắn mạch FP1 = Fp/4 (2) Fp1= Fp/2 Tính vòng ngắn mạch + Tính : Fhút = B2 S = 2.B2m S - 2.Bm S.cos2ωt →Ftbhút φ m2 = 2.B m S.10 = 10 (KG) S S= Sn + St (m2) + Tỷ số : ρe = Fmin = Ftb hut 4α + Fmin = Fp1 Kđt( thưòng lấy = 1,2) + α= Sn/St ≈ 0,5 + rnm wµ S 4ρ e = δ h (3ρ e + 2) − ρ e2 Hay Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp ωω nm Gt tgϕ = rnm Bộ Môn TBĐ- ĐT => rnm ωω nm Gt = tgϕ Gt1 : từ dẫn qua khe hở Gt = M + rnm → tg α + Tính φt , φ n v òng ngắn mạch St δ α c= cos ϕ φ tδh φt = + c + 2c cos ϕ φ n = cφtδh Kiểm tra Bn = φn ≤ 1,6 Sn Không thoả mãn Kiểm tra điều kiện chống rung rnm = ρ l q ρ = 200 o ÷ 250 o Thế vòng ngắn mạch ρl q= rnm q=a b ; a < 2mm Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Ví dụ Kích thước vòng ngắn mạch a = 1,5 mm b = mm Đồng giả sử B1 = 1,4 T , σh = 0,5 B2 = 1T S = S1 + S2 = 17mm → Fp = ? để nam châm điện không rung f = 50 Hz ρ220o = 0,025Ωmm2/m rnm = ρ l q nm = 2,5.10 −2 5.10 −2 = 1,4.10 − − Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT 3,14.4π 10 −7.1,5.10 −4 / 5.10 −4 tgα = ≈ → α= 45 1,4.10 − Fmin=Ftb - Fbđm F1tb = B21.S1 = 1,42.0,75 ≈ 7, KG F2tb = B22.S2 = 4.12.1,5 = KG → Ftb = 13,2 = F1tb + F2tb Fbdm = F1tb2 + F22tb = 9,2 (KG) Fmin = 13,2 – 9,2 = (KG) → Fp ≤ KG để nam châm điện không rung tổn hao ρ nm = rnm i nm E nm ω φtm2 = = rnm 2rnm ρ nm = K T S Tnm θ nm Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Câu hỏi ôn tập 1) Cầu chì : Công dụng , cấu tạo , tính toán cầu chì cách lựa chọn 2) Áp tô mát : Công dụng , cấu tạo , tính toán cách lựa chọn 3) Nêu nguyên lý làm việc cấu tạo AT vạn 4) Công tắc tơ : Công dụng , nguyên lý cấu tạo , thông số 5) Ứng dụng công tắc tơ cho số mạch điện thường gặp song song công tắc tơ có tiếp điểm tiếp điểm 6) Phương pháp xác định khoảng cách điện khí cụ điện hạ áp 7) Cấu tạo , đặc điểm mạch vòng dẫn điện 8) Xác định kích thước dẫn chế độ làm việc dài hạn , kiểm nghiệm chế độ làm việc ngắn hạn 9) Các loại tiếp điểm , phạm vi ứng dụng 10) Độ mở , độ lún , khoảng lăn , khoảng trượt tiếp điểm 11) Điện trở t0 tiếp điểm 12) Sự rung , hàn dính tiếp điểm , biện pháp chống rung , hàn dính 13) Sự ăn mòn tiếp điểm , biện pháp chống mòn 14) Tính toán , kiểm nghiệm hệ thóng dập hồ quang điện chiều 15) Tính toán , kiểm nghiệm hệ thóng dập hồ quang điện xoay chiều 16) Tính toán dựng đặc tính 17) Các bước tính toán sơ nam châm điện 18) Tính toán kiểm nghiệm nam châm điện 19) Thời gian tác động hệ số nhả nam châm điện Lidonky Giáo trình Khí Cụ Điện Hạ Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Lidonky ... chuẩn bị tài liệu : nhiệm vụ 2- chọn phương án thiết kế _ tham khảo mẫu khác nhau, công nghệ 3- chọn tính toán cách điện pha-pha, pha-đất 4- vẽ kết cấu sơ xác định hệ thống chủ yếu 5- thiết kế... Áp Bộ Môn TBĐ- ĐT Hình vẽ I cắt nhanh t Cắt nhanh : + Sử dụng lò xo ,cơ cấu cắt tác động nhanh + Hệ thống dập hồ quang phải tăng cường để dập hồ quang cách nhanh chóng,an toàn + ATM xoay chiều... Chi tiết cách điện: Uđm ( thiết bị) tìm điện áp phóng điện Uph khoảng cách tối thiểu Smin pha- pha, pha - đất - Các yêu cầu chung + kỹ thuật: - ổn định nhiệt Tôđnhiệt1,3,10 (thòi gian) - ổn định