Đề tài Máy ngắt dầu

trực tiếp với dầu dưới tác dụng của nhiệt độ cao của dầu (khoảng 5000 đến 60000c)làm cho dầu nhanh tróng sôi và bốc hơi tạo thành hỗn hợp khí hơi gồm chủ yếu là hidro và hơi dầu ,làm cho nhiệt độ giảm xuống và dập tắt hồ quang . Bọc hỗn hợp khí hơi này có 40% hơi dầu ,60% là khí .thành phần khí phụ thuộc vào thành phần của dầu gồm 70 đến 80% là hidro ,15 đến 20% là acetilen,5 đến 10% là mêtan và etilen.hidro có tính dẫn nhiệt cao nhất trong các loại khí và có độ bền điện cao cho nên hidrô có khả năng làm lạnh dầu và dập hồ quang tốt. Hiệu quả dập hồ quang còn phụ thuộc vào tốc độ khí được thải ra ngoài .khi khí được thải ra ngòai làm cho hỗn hợp khí nóng và khí lạnh bị xáo động tạo điều kiện làm lạnh và tăng quá trìng phản ion ,quán tính của dầu làm cản trở khi hơi nóng giãn nở nên làm cho áp suất tằng thúc đẩy quá trình đối lưu làm lạnh thân hồ quang Khi dập hồ quang thì năng lượng dập hồ quang bị tiêu hao trong các phần; -khoảng 77% năng lượng dùng để sinh khí và hơi dầu -11% làm dầu chuyển động . -khoảng 7% nẳng lượng làm cho tiếp điểm bị nóng lên khoảng 5% làm cho vỏ thùng bị biến dạng. (*) các bộ phận chính của máy ngắt ít dầu máy ngắt ít dầu thì dầu chỉ làm nhiệm vụ dập hồ quang chứ không làm nhiệm vụ cách điện .thường phải dùng các chất rắn để cách điện như là sứ hoặc bakêlít.chính vì vậy điện áp chịu đựng của máy ngắt ít dầu không cao do đó chỉ sử dụng làm máy ngắt phụ tải và máy ngắt đặt ở đầu cực máy phát điện . .các bộ phận chính : -các xứ đầu vào -hệ thống các tiếp điểm động và tĩnh -các lò xo ép tiếp điểm -buồng dự chữ chúa dầu dập hồ quang -hệ thống truyền chuyển động -buồng dập hồ quang -hệ thống đổ dầu vào và tháo dầu bẩn ra 1>chọn sơ đồ kết cấu máy ngắt có rất nhiều loại kết cấu khác nhau.tùy theo mục đích sử dụng mà chọn sơ đồ kết cấu cho hợp lý.ở đây em chọn sơ đồ kết cấu theo hình 3-12 (sách khí cụ điện cao áp). buồng đập hồ quang 6 đặt trong bình trụ tròn 3 chứa đầu biến áp 5 tiếp điểm cố định 1 nằm ở đáy bình thanh tiếp điểm động 2 chuyển động lên suống trong sứ cách điện 7 sứ cách điện này co nhiệm vụ cách điên giữa tiếp điểm động và nắp 4 trong quá trình làm việc bình kim loại được cách điện với các chi tiết nối đất bằng sứ trụ 8 hoặc 9. Máy đóng ngắt nhờ cơ cấu truyền động ,thanh tiếp điểm động được nối gián tiếp với đòn bẩy 12 qua sứ kéo 10 ,còn đầu kia của đòn bầy gắn với lò xo ngắt 13.đòn này đuợc hàn vào trục 11. Khi đóng thanh tiếp điểm động chuyển động xuống phía duới khi đó lò xo ngắt bị kéo căng dự trữ một năng lượng . Khi ngắt chỉ cần làm lẫy chết lò xo ngắt thun lại làm tiếp điểm động chưyển động lên phía trên. Ta coi khi ngắt tiếp điểm động vẫn ngập trong dầu. 2>xác định các khoảng cách cách điện . cách điện của khí cụ điện có tác dụng cách ly giữa các vật dẫn với nhau và với các bộ phận nối đất. Mức độ cách điện phải phù hợp với tính chất nhà nước hiện nay. Mức độ này phải đảm bảo khoảng cách cách điện cần thiết và kích thước chính của các chi tiết cách điện Vật liệu cách điện cos:không khí ,dầu ,chất rắn và phức hợp Độ bền cách điện được thể hiện bằng điện áp chọc thủng ,điện áp phóng điện trên bề mặt và độ bền xung.Điện áp mà xảy ra chọc thủng gọi là điện áp chọc thủng ,còn điện áp mà điện. Trong vận hành ngoài điện áp làm việc khí cụ điện còn chịu quá điện áp khí quyển và quá điện áp nội bộ.do vậy cần xách định chính xác các khoảng cách cách điện . Ta có : Upđt=kdt.Upđ Trong đó Kdt là hệ số dự trữ Upd là trị số tiêu chuẩn của điện áp phóng điện . Từ Uđm=22(kv) từ bảng 1-9 trong sách khí cụ điện cao áp và phương pháp tuyến tính hóa ta đuợc: Upd=86(kv). S1 chiều cao sứ trụ 8(cách điện giữa pha -đất). Kdt=1,5 Upđt=1,5.86=129(kv) Coi phóng điện khô trong không khí nên Upđt=10,4.S10,7=129 S1=36,5(cm) Chọn S1=37(cm). S2 khoảng cách giữa bình và tường. Coi phóng điện tromg không khí Kdt=1,5 nên Upd=1,5.86=129(kv) Phóng điện trong không khí thanh mặt Updt=4.6.S20,88=129 S2=44(cm) Chọn S2=45(cm) S3 Khoảng cách giũa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh trong dầu Kdt=1,1 Upd=1,1.86=94,6(kv) Coi phóng điện kim kim trong dầu 39.S30,7=94,6 S3=3,5(cm) Chọn S3=4(cm). S4 khoảng cách giữa tiếp điểm động và vỏ thùng Chon kdt=1,2 Coi đáng thủng kim mặt trong dầu 30.S40,7=86.1,2 S4=5,8(cm) Chọn S4=6(cm). S5 chiều cao sứ 7 coi phóng điện trong không khí sứ trụ khác nhau S50,93.3,95=1,5.86 S5=42,5(cm). Chọn S5=43(cm). 3.Tính toán mạch vòng dẫn điện .đầu nối: Đầu nối là phần tử rất quan trọng trong khí cụ điện,vì nó nối các bộ phận dẫn điện để đua điện vào . do vậy cần chú ý chọn đầu nối sao cho phù hợp với yêu cầu thiết kế đặc biệt là trong cao áp . đầu nối Có hai phần:các đầu cực để nối với các dây dãn bên ngoàI và nôí với các bộ phận bên trong mạch vòng dẫn điện. yêu cầu: -đầu nối phải đảm bảo đủ độ bền nhiệt và độ bền điện động -năng lượng tổn hao nhỏ -đảm bảo Rtx[Rtx] -chế độ làm việc dài hạn nhiệt độ không được tăng quá nhiệt. độ cho phép. Từ Iđm=400(A),tra bảng 2-9 sách thiết kế khí cụ điện hạ áp ta chọn loại bu lông bằng thép CT-3 bu lông M12. Iđm=400(A) tra bảng 3-1 sách hướng dẫn thiết kế máy ngắt dầu đuờng kính thanh dẫn d=16(mm) chọn đường kính thanh dẫn là d=18(mm) mật độ dòng điện ở chế độ dài hạn là j= j=1,57(A/mm) .kiểm tra sự phát nóng của thanh dẫn ở chế độ dà hạn: ta có: Qnguồn= Qđốtn+ Qtruyềnnhiệt+ Qtỏa Chế độ dài hạn ta có I2.R=St.Kt.() I2.=dF. Kt.() Trong đó St diện tích bề mặt tỏa nhiệt Kt hệ số tỏa nhiệt Với đồng Ktcu=10-3(w/oc.cm2) nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn nhiệt độ của môi trường =40oc điện trở suất củ vật liệu ocu=1,58.10-6(.cm) hệi số dẫn nhiệt độ cu=4,25.10-3(1/0c) thay số vào ta được (0c) nhiệt độ phát nóng cho phép của đồng ở là 750c như vậy thỏa mãn ở chế độ dài hạn .Kiểm tra thanh dẫn ở ché độ ngắn hạn. chế độ ngắn hạn dòng điện tăng rất cao do đó tiếp điểm nóng mạnh có thể nóng chảy .như vậy thì rất nguy hiểm cho thiết bị điện do đó thanh dẫn phải đảm bảo ở chế độ ngắn hạn không được phát nóng quá trị số cho phép.vì quá trình ngắn xảy ra trong thời gian ngắn nên nhiệt độ phát nóng cho phép ở chế độ này cũng lớn hơn ở chế độ dài hạn. vì thời gian ngắn mạch bé nen có thể coi quá trình nhiệt này là quá trình đoạn nhiệt.nghĩa là toàn bộ nhiệt lượng do thiết bị hấp thụ chứ không tỏa ra ngoài môi trường xung quanh.do đó phương trình cân bằng nhiệt có dạng. I2.R.dt=Ct.d Trong đó :R là điện trở của thanh dẫn R=Kph Kph là hệ số tổn hao phụ tính đến hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần. là điên trở suất của vật liệu ở 00c l,F là chiều dài và tiết diện của thanh dẫn Ct là hệ số nhiệt điện trở của vậ liệu thanh dẫn. Ct=C0(1+).G C0 là nhiệt dung riêng của vật liệu ở 00c. là hệ số nhiệt của nhiệt dung riêng. G là khối lượng của thanh dẫn. Khối lượng vật dẫn có thể tính theo thể tích và khối lượng riêng G=l.F.=.v là trọng lượng riêng của vật liệu. .v là thể tích của vật dẫn thay các đại lượng trên vào và tích phân hai vế (từ 0 đên tnm) từ đến ta được: nếu trị dòng điện trong suốt quá thời gian ngắn mạch không đổi thì ta có: là nhiệt độ ban đầu trước khi xảy ra ngắn mạch =62,20c xét đồng có cách điện cấp A cho phép là =2500c. từ đồ thị hình 2-9 sách khí cụ điện ta có A=3,6.104(A2.s/mm4) A=0,72.104(A2.s/mm2) Mật độ dòng điện khi ngắn mạch là Jnm===15,7(A/mm2). Cần phải kiểm tra điều kiện jnm<[jnm] trong thời gian là 1(s), 3(s), 5(s), 10(s). Với tnm=1(s) thì dòng điện ngắn mạch cho phép là [Jnm]=169,7(A/mm2) với tnm=3(s) thì dòng điện ngắn mạch cho phép là: [jnm]=98,3(A/mm2). Với tnm=5(s) thì dòng ngắn mạch cho phép là: [jnm]=76,16(A/mm2). Với tnm=10(s) thì dòng ngắn mạch chô phép là: [jnm]=53,85(A/mm2). (*).Kết luận: đường kính thanh dẫn d=18(mm)thỏa mãn ở cả chế độ dài hạn và ngắn hạn. vậy ta chọn d=18(mm). (*).Tiếp điểm. Tiếp điểm là một bộ phận rất quan trọng trong khí cụ điện. Tiếp điểm bao gồm :tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh .Yêu cầu: +khi làm việc ở chế độ dài hạn với Iđm không đuợc phát nóng quá trị số cho phép +phảiổn định đối với tác động nhiệt và điện động của dòng ngắn mạch.Nghĩa là khi có dòng ngắn mạch khỗng xảy ra dập nát hay nóng chảy tiếp điểm. -Chọn dạng kết cáu tiếp điểm :kết cấu hệ tiếp phải đảm bảo các tiếp điểm chính phải có điện trở bé Từ nhiệm vụ thiết kế có thể chọn hệ thống tiếp điểm có tiếp điểm dập hồ quang nối song song với tiếp điểm chính ,nó đóng trước vì ngắt sau tiếp điểm chính,hồ quang chỉ sinh ra trên nó mà không sinh ra trên tiếp điểm chính. +Dạng của tiếp điểm được chọn từ nhiệm vụ thiết dựa trên quan điểm mạch điện đóng ngắt. +Số chỗ ngắt trong mạch xác định khi chọn dạng kết cấu và có thể chọn lạikhi thiết kế buồng dập hồ quang. Với dòng điện lớn nên dùng hệ thống tiếp điểm có buồng dập hồ quang loại hai chỗ ngắt Các dạng tiếp xúc của tiếp điểm :tiếp xúc điểm,tiếp xúc đường ,tiếp xúc . -Tiếp xúc điểm :dùng với dòng điện bé không cần lực ép lớn,thường dùng cho khối tiếp điểm phụ -Tiếp xúc điểm loại mặt cầu-mặt phẳng dùng với dòng điện nhỏ khoảng vài chục ampe . -Tiếp xúc đường:dùng với dòng điện lớn đến vài trăm ampe hoặc lớn hơn thì dùng các tiếp điểm nối song song. VớiCùng một lực ép tiếp điểm tiếp xúc đường có điện trở bé hơn loại tiếp xúc mặt 2-3 lần. -Tiếp xúc mặt dùng cho dòng điện lớn ,cần một lực ép tiếp điểm lớn nên có những nơi tiếp xúc vật liệu bị biến dạng .Điều kiện làm sạch bề mặt tiếp xúc không tốt bằng dạng tiếp xúc đường. ở bài nay dòng điện Idm=400 (A) ta chọn dạng tiếp điểm kiều hoa huệ .Độ nún ta có :d=18mm chu vi thanh dẫn la :s=*d=56,6 mm dòng điện chạy qua mỗi phiến: Iph== =86,7 (A). Goi độ nún là l Chiều dày mỗi phiến là :b Gần đúng ta coi diện tích tiếp xúc là :b*l coi tiếp xúc hoàn toàn nên: mật độ dòng điện qua mỗi phiến j== ở trạng thái đóng chọ khoảng cách mỗi phiến là:2 mm b ==7,43 chọn b7,5 mm. j=l( cm). (Vì ở đây mật độ dòng điện cho phép ta lấy là:0,3A/mm2) Chọn đọ nún l=4 (cm) Chọn chiều cao phiến :h=l+h1=4+2=6(cm). Như vậy với chiều cao này có thể đảm bảo mật độ dòng điện đi qua tiếp điểm. *.bề dày của tiếp điểm ta có:tiết diện của thanh dẫn động là F=254,5 (mm2) tiết diện ngang của mỗi phiến là b.b1 tối thiểu thì tiết diện ngang của 6 phiếm hoa huệ phải bằng tiết diện của thanh dẫn động .do đó: 6. b.b1=254,5 b1==5,7(mm) chọn b1=6(mm) *.Tính toán lò xo tiếp điểm Dòng điện đi từ tiếp điểm động sang tiếp điểm tĩnh qua bề mặt tiếp xúc.thực tế không phải là tiếp xúc hoàn toàn mà chỉ có một số điểm tiếp xúc.dòng điện đi qua các điểm đó có mật độ lớn làm tổn hao năng lượng và tổn hao điện áp.đặc biệt với dòng ngắn mạch,nhiệt độ ở chỗ điểm tiếp tăng cao làm giảm đàn hồi và cơ khí của tiếp điểm ,tiếp điểm có thể bị cháy do nhiệt độ của hồ quang. -Lò xo tiếp điểm rất quan trọng trong máy ngắt vì lo xo phai sinh ra lực ép tiếp điểm cần thiết,để đảm bảo điện trở tiếp xúc đủ nhỏ và trống hàn dính tiếp điểm. *.Lực nén cần thiết lên tiếp điểm tính theo công thức: ptd= trong đó : A:là hằng số vạn năng: A=2,42.10-8(v/ok2) là ứng suất tróng dập nát. (kg/cm2) ở trạng thái dòng điện dài hạn là hệ số dẫn nhiệt vói đồng =3,8(w/cm.độ) T0=++273 [ok] =40oc nhiệt độ thanh dẫn ở xa vô cực ta coi T0=62,2+273=335,2[ok]. Ttx=To+(510) chọn Ttx=335,2+9,8=345[ok]. arccos=0,24 Thay số vào ta có lực ép tiếp điểm cần thiết ở chế đọ dài hạn. Ftđ==0,25(kg)=2,5(N) đây là lực ép tối thiểu của là xo ở chế độ daì hạn *.)xét đối với dòng ngắn hạn. ta có: Inm=10Iđm=867(A) với dòng ngắn hạn. chọn lực ép tiếp điểm cần thiết ở chế độ ngắn hạn là Ftđnm=Ftđ=1,44(kg).=14,4(N) Do đó ta phải chon lò xo có độ cứng sao cho lục ép mà nó sinh ra phải lớn hơn 1,44(kg). Chọn lò xo có lực nén là Flx=1,6(kg)=16(N) 4)Tính lực điện động . -bỏ qua lực điện động sinh ra giũa các pha với nhau xét lực điện động do mạch vòng dẫn điện: ở tiếp điểm ngoài lực điện động do sự tác động tương hỗ giũa các phần tử dẫn điện (Fdd1) còn có sự tác động do dòng điện bị thu hẹp (Fdd2). Lực điện động này luôn nguợc chiều với lực ép lò xo .Trị số lực điện động này được xác định từ công thức: Fdd2=()2 (kg) Ixk=10.86,7=867(A) kh: hệ số thể hiện hình dáng kích thước và vật liệu tiếp điểm. Kh=4(A/kg) Chọn kh=4,5.103  Fdd2=()2=0,037(kg)=0,37(N). Fdd1:ta phải tính lực sinh ra do 5 tấm còn lại tác dụng lên một tấm.vì tính chất đối xứng nên ta chỉ cần tính cho một phiến. Gần đúng coi 6 phiến như 6 thanh dẫn đặt song song nhau nằm trên 6 đỉnh của lục giác. lựcđiện động giữa hai thanh dẫn mang dòng điện đuợc xác định theo công thức: F=10-7.i1i2. l=h=6.cm a=7,5+2=9,5 mm=0,95 cm.(với hai thanh gần nhau) Thay số vào ta được: F12=10-7 .8672.. ] F12=0,82(N) 2 2 1 3 6 4 tương tự như vậy đối với các thanh còn lại a132.a.cos 300=1,65(cm). F13=10-7 .8672] F130,42(N) Ta có: a14=2.a=1,9(cm) F14= 10-7 .8672] F14=0,35(N). Một cách đối xứng ta có: F15=F13=0,42(N) F16=F12=0,82(N) Tổng lực điện động tác dụng lên một tấm tính theo phương hướng kính : Ta chiếu các lực này theo phương đó: =F14+ 2 ( F15.cos600 + F16cos300) =1,9(N)=Fdd1 nhận xét: các lực điện động này không lớn . .kiểm nghiệm lại lò xo: Flx=Ftđnm-(Fdd1-Fdd2)=14,4-(1,9-0,37) Flx=12,91(N) Với lò xo đã chọn ở trên (Flx=16(N)) thì thỏa mãn Ta có thể chọn lò xo có Flx=14(N) .nhận xét:Fdd1 có tác dụng hỗ trợ lò xo (*)tính điện trở tiếp xúc Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm được tính theo công thức thực nghiệm 2-25 ở chế độ dài hạn Rtx = trong đó : Ftđ là lực ép lên tiếp điểm tính bằng lực nén của lò xo :16(N )chọn ở trên) Ktx : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt của tiếp điểm. Ktx = (0,09 á0,14).10 -3 , ta chọn Ktx = 0,12.10-3 m:hệ số phụ thuộc dạng tiếp xúc Do tiếp xúc mặt nên chọn m=0,8 Thay vào ta có: (*)tính điện áp tiếp xúc ở trạng thái đóng của tiếp điểm, điện áp rơi trên mạch vòng dẫn điện chủ yếu là do điện trở tiếp xúc của các phần tử đầu nối, điện trở của các vật liệu làm tiếp điểm là không đáng kể so với Rtx, vì vậy điện áp rơi trên tiếp điểm sẽ bằng : Utx = Iđmph.Rtx =86,7.8,1.10-5= 310,410-4 V =7 mV So sánh với điện áp tiếp xúc cho phép[Utx] = = 2 á 30 mV thoả mãn điều kiện nhỏ hơn điện áp tiếp xúc . 5.Kiểm nghiệm buồng dập hồ quang -đối với máy ngắt cao áp,thiết bị dập hồ quang là bộ phận chính.khi ngắn mạch điện ở đó xảy ra các quá trình cơ bản sau: -hồ quang phát sinh -dập tắt hồ quang và tiếp theo là sự phục hồi độ bền điện giũa các khoảng trống tiếp điểm .những quá trình đó xảy ra rất phức tạp,phụ thuộc vào từng loại thiết bị dập hồ quang . dập hồ quang của máy ngắt dầu đuợc thưc hiện bằng cách làm lạnh thân hồ quang trong luồng hỗn hợp khí và hơi dầu sinh ra do sự phân ly và bốc hơi của dầu do chính năng lượng hồ quang . *.yêu cầu: -dập tắt hồ quang điện chắc chắn và nhanh -sau khi hồ quang bị dập tắt không sinh ra hiện tượng cháy lặp lại. -làm việc ổn định không làm thay đổi đặc tính ban đầu đã quy định và số lần đóng ngắt quy định. -hệ thống tiếp điểm phải đơn giản dễ kiểm tra và thay thế khi hư hỏng -kết cấu thiết bị dập hồ quang phải đơn giản,dễ gia công và thuận tiện trong vận hành. -tiêu hao môi trường dập hồ quang phải ít nhất. (*).Chọn buồng dập hồ quang kiểu thổi ngang. *Nguyên lý dập hồ quang . sơ đồ nguyên lý của buồng dập hồ quang như hình sau: tiếp điểm tĩnh được đặt trong buồng dập hồ quang bằng vật liệu cách điện,tiếp điểm động chuyển động qua lại buồng dập hồ quang buồng dập hồ quang chúa dầu máy biến áp và có khoảng trống không gian Vđ gọi là thể tích đệm sau khi hồ quang suất hiện tạo nên hỗn hợp khí hơi bao quanh hồ quang ,khi đó áp suất trong buồng dập hồ quang tăng .dưới áp suất này dầu và hỗn hợp khí hơi thổi mạnh vào ngang thân hồ quang .sau khi hồ quang tắt dầu tràn vào dập hồ quang . Buồng dập hồ quang có1 chỗ ngắt gồm có 13 tấm cách điện bằng bakelít,mỗi tấm có cấu tạo riêng biệt. -các tấm 1,7,8,9,10,11,13 có chiều dày 10 mm,còn các tấm khác có chiều dày 7 (mm) các tấm này được xếp theo một thứ tự nhất định tạo thành 3 lỗ thổi khí ở 3 vị trí khác nhau.nếu kể từ dưới lên lỗ thổi thứ nhất có độ sâu là 110 mm,lỗ thổi thứ hai có độ sâu là 90 mm ,lỗ thổi thứ ba có độ sâu là 70 mm.các tấm này được ghép với nhau bằng các bu lông cách điện.toàn bộ buồng dập cao khoảng 120 mm .khi ngắt tiếp điểm động và tĩnh rời nhau và các rãnh thổi lần lượt được mở ra . 5.Tính toán kiểm nghiệm buồng dậo hồ quang. Tính toán kiểm nghiệm buồng dập hồ quang là xây dựng đặc tuyến p=f(t) .qua đây ta thấy được sự biến thiên của áp suất trong quá trình dập hồ quang và kiểm nghiệm độ bền điện và độ bền cơ của thiết bị đã chọn. (*).xây dựng đặc tuyến vận tốc. Theo tài liệu máy ngắt ít dầu ta có quan hệ giữa vận tốc và độ mở là: V=f(s). ta có dv=ds/dt dt=ds/dv =tn+1-tn= Lấy giá trị trung bình ta có: dt= Do đó =0,04(s) =0,01(s) =0,009(s) =0,004(s) =0,0036(s) =0,0033(s) =0,0032(s) =0,01(s) =0,0035(s) =0,0073(s) =0,0077(s) =0,0088(s) =0,011(s) =0,0138(s) =0,0333(s) ta có đồ thị quan hệ giữa vận tốc và thời gian v=f(t) (*)kiểm nghiệm buồng dập hồ quang (*) tính thời gian hồ quang cháy ở giai đoạn I l=SI=vtb(t1+mvtb) với : vtb là vận tôc trung bình của tiếp điểm động thường ta lấy vtb=2,5(m/s) m là hệ số tính đến ảnh hưởng của lực điện động m=0,15 0,25 (1/s) chọn m=0,2 (1/s) l là chiều dài của thân hồ quang .trong giai đoạn 1 hồ quang cháy sứôt lên coi l bằng chiều cao của các tấm từ dưới đến rãnh thổi thứ nhất .do đó l=37 (mm) thay số vào ta có l=0,037=2,5(t1+0,2.2,5) t1=0,015 hoặc t1=-4(loại) vậy t1=0,015(s) tính thời gian hồ quang cháy ở giai đoạn I là t1=0,015 (s). a)áp suất trong buồng dập hồ quang ở giai đọan I dể chính xác ta tính áp suất tại ở một số thời điểm trong khoảng thời gian .tính áp suất tại t=5 ,10,15 (ms). đây là giai đoạn hồ quang cháy trong bọc khí hơi khép kín .áp suất trong giai đoạn này phụ thuộc vào kết cấu của buồng dạp hồ quang và được tính theo công thức kinh nghiệm theo sách hướng dẫn thiết kế máy ngắt ít dầu. pt= trong đó Vd là thể tích đệm của không gian giảm xung thường chọn Vd=120(cm3) vtd vận tốc của tiếp điểm k0 hệ số trọng lượng tạo thành hỗn hợp khí dầu k0=0,2.10-3 (kg/kw.s) ta đổi sang cm3/kw.s ta có :=890kg/m3=890.10-6(kg/cm3) k0=0,2.10-3/=0,225(cm3/kw.s) Ftd diện tích cắt ngang của thanh dẫn tiếp điểm B hệ số tạo thành hỗn hợp khí ở nhiệt độ và áp suất khí quyển B=B0.kdT/293 kdT/293 tra trong tài liệu thiết kế máy ngắt ít dầu =10 B0=6080(cm3/kw.s) Chọn B0=80 do đó B=80.10=800 Ftd==3,14.1,82/4=2,54(cm2) At là năng lượng dập hồ quang ở thời điểm t k0.At là trọng lượng dầu bốc hơi trong thời gian t At=Ehqth.Ing(vtdt2I1/2-.vtd.t3I1/3) =2590 (1/s) hệ số tắt của dòng điện ngắn mạch với máy ngắt hệ thống . chọn =35 (1/s) Ing=4000(A) Ehqth là gradien điện áp trung bình trên thâ hồ quang .theo bảng 6-1 ta có Ehqth=70100 (v/cm).chọn Ehqth=100(v/cm)=10000(v/m) để chính xác ta chia khoảng thời gian trong giai đoạn 1 làm 3 thời điểm để tính áp suất tI1=0.005 (s) ,tI2=0,01 (s )và tI3=0,015 (s.) Ta có quãng đường siêu hành trình ( là quãng đường mà tiếp điểm động vẫn còn ngập trong tiếp điểm tĩnh ) Ssht=40(mm) tra đồ thị v=f(t) ta được tsht=59 (ms). Tại tI1=0.005 (s) thời gian từ khi tiếp điểm chuyển động đến thời điểm này là tI1=tsht+tI1=0,059+0,005=0,064(s). vận tốc ứng với thời điểm này là v=2,6(m/s). At1=10000.4000(2,6.0,0052/2-35.2,6.0,0053/3) =1148,3(w.s)=1,1483(kw.s) A’t1=0,77.1,1483=0,8842(kw.s) áp suất tại thời điểm này là: ptI1===2,73 at .tại thời điểm tI2=0,01 (s) thời gian từ khi tiếp điểm chuyển động đến thời điểm này là tI2=tsht+tI2=0,059+0,01=0,069(s) vận tốc ứng với thời điểm này là v=2,9(m/s). At2=10000.4000(2,9.0,012/2 –35.2,9.0,013/3)=4446,67(ws)4,447(kw.s) A’t2=0,77.4,447=3,424(kw.s) ptI1===5,3 at .tại thời điểm tI3=0,015 (s) thời gian từ khi tiếp điểm chuyển động đến thời điểm này là tI2=tsht+tI3=0,059+0,015=0,074(s) vận tốc ứng với thời điểm này là v=3,1(m/s). At3=10000.4000(3,1.0,0152/2-35.3,1.0,0153/3)=9068(ws)9,07 ( (kw.s) A’t3=0,77.9,07=6,984(kw.s) ptI3===7,4 at (*) tính áp suất buồng dập hồ quang ở giai đoạn 2 đây là giai đoạn kể từ khi tiếp điểm giải phóng lỗ thổi cho đến khi hồ quang dập tắt hoàn toàn .đặc điểm của giai đoạn này là hỗn hợp khí hơi bắt đầu cháy từ bọc khí hơi ra ngoài buồng dập hồ quang .giai đoạn này có tính chất rất phức tạp ,tại các rãnh thổi chỗ hồ quang cháy xảy ra hiện tượng ngăn cản luồng khí do hiệu ứng nhiệt động và hình thành nút dầu .do đó áp suất trong buồng dập hồ quang tăng vọt và tiếp theo làm tăng đầu mút .chủ trình mới lại lặp lại.trong giai đoạn này ta có một số giả thiết : -tốc độ thổi của luồng khí bằng tốc độ giới hạn v=vth nếu kể tới hiệu ứng nhiệt độn thì vlụồng khí =m.vth với m=0,3 đến 0,5 -khi cháy chỉ có hỗn hợp khí hơi bị đẩy ra ngoài -trong quá trình hỗn hợp khí hơi cháy thể tích trong buồng dập hồ quang là không thay đổi . áp suất trong buồng dập hồ quang ở nửa chu kỳ thứ n của giai đoạn 2 được tính theo công thức: Pn=(PbdII+a)e- +a PbdII là áp suất ban đầu của giai đoạn 2 =áp suất cuối của giai đoạn 1 Do đó PbdII=7,4 at a= =2f=314 s là quãng đường tiếp điểm động chuyển động được xác dịnh theo đặc tuyến S=f(t) k số mũ đẳng nhiệt đối với khí hai nguyên tử k=1,4 m hệ số hiệu ứng nhiệt động . m=0,30,5 chọn m=0,4 R=20 m/độ T là nhiệt độ hỗn hợp khí hơi thường từ 800 đến 2500ok .do đó ta chọn T=15000k ==150(m/s)=15000(cm/s) Vbd thể tích hỗn hợp khí hơi ban đầu giai đoạn II Vbd=BcI.AcI Có:BI===108(cm3/kw.s) VbdII=BcI.AcI=108.6,984=754,3(cm3) F tiết diện rãnh thổi khí vào thân hồ quang phụ thuộc vào kết cấu buồng dập hồ quang .gần đúng coi cả 3 lỗ thổi cùng mở ta chọn F=3Ftd=3.2,54(cm2)=7,62(cm2) ==150,5(1/s) Uhq=Ehq.S tại t=74 ms tra đồ thị ta có s1=120(mm) khi đó khoảng cách giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh là S=s1-ssht=120-40=80(mm)=8 cm để đảm bảo dập hồ quang ta chọn Ehq ở giai đoan này lớn hơn ở giai đoạn I .do đó chọn Ehq=140(v/cm) Uhq=Ehq.S=140.8=1120(v) ==641,4(at/s) a===1,66 (at) Pn=1=(PbdII+a)e- +a= (7,4+1,66)e- +1,66=3,67at (*) kiểm nghiệm độ bền điện phục hồi giữa các tiếp điểm sau khi hồ quang bị dập tắt để hồ quang không cháy lập lại tức đảm bảo độ bền điện của khoảng trống các tiếp điểm thì cần thỏa mãn điều kiện : Ud T0 nhiệt độ trung bình của khoảng trống (theo hướng dẫn thiết kế máy ngắt ít dầu )T0=3000k Tbd nhiệt độ cực đại ban đầu Tbd=35000k hằng số thời gian theo kinh nhiệm chọn =2.10-4(s) kb hệ số tăng biên độ điện áp phục hồi 1 kb2 chọn kb=1,5 Pt áp suất ở giai đoạn II ở thời điểm t , gần đúng ta có thể coi P =3,67 at S khoảng cách giữa 2 tiếp điểm ứng với áp suất Pt S=8(cm) t :thời gian dao động riêng của máy ngắt t= f0 là tần số dao động riêng của mạch thuần cảm f0=2000 (Hz) t==0,25.10-3(s) = =24(kv) mà Ud=22 kv<24 kv nên thỏa mãn . (*) kiểm nghiệm buồng dập hồ quang thời gian dập tắt hồ quang bao gồm thời gian hồ quang cháy ở giai đoạn I và thời gian dập tắt hồ quang ở giai đoạn II cần thỏa mãn : tngttngk tngk=tI+tII max tngt thời gian ngắt tính toán =130(ms) tngk thời gian ngắt kiểm nghiệm tI thời gian giai đoạn I=59+15=74(ms) tII max thời gian cực đại của giai đoạn II tII max=tII min+ là thời gian khi tính đến sự không tương xứng của thời điểm dòng điện đi qua trị số 0 và thời điểm dập tắt hồ quang .thường lấy =0,01 (s)=10(ms) tII min thời gian cực tiểu giai đoạn II tII min= V :tốc độ của tiếp điểm ứng với áp suất lớn nhất ở giai đọanII v=3,1(m/s) Pt áp suất ở giai đọan II=3,67(at)=3,67.105 (N/m2) Bb===0,51 Ud điện áp dây của máy ngắt . tII min=)==3,7.10-3(s)=3,7(ms) tII max=tII min+=10+3,7=13,7(ms) tngk=tI+tII max=74+13,7=87,7(ms)<130(ms) thỏa mãn điều kiện dập ngắt (*) tính áp suất trong buồng dập hồ quang ở giai đoạn III ở giai đoạn này hồ quang đã được dập tắt hoàn toàn và khi đó áp suất trong buồng dập hồ quang bắt đầu giảm xuống do sự chênh lệch áp suất ở bên trong và bên ngoài buồng dập hồ quang .sau khi áp suất trong buồng dập hồ quang đã giảm dầu sạch xẽ chàn vào buồng dập hồ quang .áp suất được tính theo công thức ; Pt=PbdIII.e- =2 tthời gian áp suất trong buồng dập hồ quang giảm xuống t= Pc áp suất cuối cùng trong buồng dập hồ quang làm dầu xẽ tràn vào buồng dập,ta coi Pc=1(at) là hệ số tính đến ảnh hưởng cuar sự ngưng tụ .kinh nghiệm 3 chọn =3 PbdIII áp suất ban đầu của giai đoạn III =áp suất cuối cùng của giai đoạn II=3,67(at) thể tích ban đầu của giai đoạn III Có:BcII===218(cm3/kw.s) Ahqdu là năng lượng hồ quang dư thừa:=nEhqIII.Ing.t n=1 .hồ quang tắt ở ngay nửa chu kỳ thứ nhất nên coi t0=T/2=0,01(s) để đảm bảo điều kiện làm lạnh và dầu chàn vào lấy EhqIII=200(v/cm) =2.104(v/m) tại thời điểm t=tsht+t1+t0=0.059+0,015+0.01=0,084 tra đồ thị v=f(t) ta được :vtd=3,1(m/s) thay số : Ahqdu=3,1.2.104.4.103.0,01/314=7898(w.s)=7,898(kw.s) =BcII.Ahqdu=218.7,898=1721(cm3) t== =0,0065(s)=6,5(ms) ta tính áp suất trong giai đoạn III tại 2 thời điểm:5(ms) và 7,4(ms) P1III= PbdIII.e-= 3