BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN

CHƢƠNG 8 :

KHÍ CỤ ĐIỆN Ở MẠNG ĐIỆN ÁP

CAO ( > 1000 V)

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA ĐIỆN

KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP

MÁY CẮT ĐIỆN CAO ÁP

KHÁI NIỆM MÁY CẮT ĐIỆN CAO ÁP

Máy cắt điện cao áp (còn gọi là máy cắt cao áp) là

thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện có điện áp từ

1000 V trở lên ở mọi chế độ vận hành : chế độ tải

định mức, chế độ sự cố, trong đó chế độ đóng cắt

dòng điện ngắn mạch là chế độ nặng nề nhất.

Dòng điện 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 vòng mạch

dẫn điện không vượt quá nhiệt độ cho phép ở chế độ làm

việc ngắn mạch.

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 thiết bị.

CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY CẮT

Điện áp định mức : là điện áp dây đặt lên thiết bị với thời

gian làm việc dài hạn mà cách điện MC không bị hỏng

hóc, tính theo trị hiệu dụng.

Dòng điện định mức : là trị số hiệu dụng của dòng điện

chạy qua MC trong thời gian dài hạn mà MC không bị

hỏng hóc.

CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY CẮT

Thời gian cắt của MC : 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 lò xo được tích năng trong quá trình đóng ) và

thời gian cháy của hồ quang.

CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY CẮT

Công suất cắt định mức của MC ba pha (còn gọi là

dung lượng cắt) : được tính theo công thức : Scđn =

3Uđm.Icđm

Trong đó : Uđm : là điện áp định mức lưới điện,

Icđm là dòng điện cắt định mức.

Thời gian đóng : là quãng thời gian từ khi có tín hiệu

“đóng” đưa vào MC đến khi MC đóng hoàn toàn. Thời

gian này phụ thuộc vào đặc tính của cơ cấu truyền động

và hành trình của tiếp điểm động.

CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY CẮT

Phân loại máy cắt:

Theo phương pháp dập tắt hồ quang,

Theo dạng cách điện của phần dẫn điện,

Theo kết cấu của buồng dập hồ quang.

Dựa vào môi trường dập hồ quang của máy cắt, người ta chia

làm các loại sau:

Máy cắt dầu.

Máy cắt khí SF_6.

Máy cắt chân không.

Máy cắt không khí.

Máy cắt tự sinh khí.

Được sử dụng như chất cách điện và dập hồ quang. Hồ

quang làm nóng dầu bên trong khu vực lân cận, làm thổi và

dập tắt hồ quang.

Máy cắt nhiều dầu : giữa các thành phần dẫn điện được

cách điện bằng dầu máy biến áp và hồ quang sinh ra khi

cắt thì máy cắt cũng được dập tắt bằng dầu biến áp.

Máy cắt ít dầu : giữa các thành phần dẫn điện được cách

điện bằng cách điện rắn và hồ quang sinh ra khi cắt thì

máy cắt cũng được dập tắt bằng dầu biến áp.

MÁY CẮT DẦU

Sử dụng khí nén làm môi trường dập hồ quang và cách

điện.

Môi trường dập hồ quang được duy trì trong thùng khí

và nén với áp 30 bar bên trong máy cắt. Khi tiếp điểm rời

nhau, khí nén thổi qua các tiếp điểm dạng lỗ dập tắt hồ

quang và thiết lập khe hở cách điện

MÁY CẮT KHÔNG KHÍ

Sử dụng khí Sunfua hexaflo (SF_6) làm môi trường

cách điện và dập hồ quang. Khí SF_6 là khí mang điện âm,

có độ bền điện môi ở áp suất khí quyển gần ba lần không

khí. Nó không cháy, không độc, không mùi, có tính chất dập

hồ quang tốt hơn không khí ba đến bốn lần ở cùng một áp

suất. Khí này đặc biệt thích hợp với môi trường dập hồ

quang do đó có độ bền điện môi và dẫn suất dẫn nhiệt cao.

MÁY CẮT KHÍ SF_6

Máy cắt không khí

Môi trường chân không được tạo ra bên trong

máy cắt, các tiếp điểm đặt trong buồng ngắt chân

không với áp suất bên trong buồng cắt chân không

khoảng 10-11 bar và có khả năng phục hồi độ bền

điện môi cao

MÁY CẮT CHÂN KHÔNG

Các thông số cơ bản của máy cắt:

• Dòng điện cắt định mức : là dòng điện lớn nhất mà máy

cắt có thể cắt một cách tin cậy ở điện áp phục hồi giữa hai

tiếp điểm của máy cắt bằng điện áp định mức của mạch

điện.

• Công suất cắt định mức của máy cắt ba pha :

• Trong đó : Uđm : là điện áp định mức của hệ thống(V)

I đm : là dòng điện cắt định mức (A)

Thời gian cắt của máy cắt : thời gian được tính từ thời

điểm đưa tín hiệu cắt máy cắt đến thời điểm hồ quang

được dập tắt ở tất cả các cực. Nó bao gồm thời gian cắt

riêng của máy cắt và thời gian cháy hồ quang

đmđmđm IUS 3

Dòng điện đóng định mức : là giá trị xung kích lớn nhất

của dòng điện ngắn mạch mà máy cắt có thể đóng một cách

thành công mà tiếp điểm của nó không bị hàn dính và không

bị các hư hỏng khác trong trường hợp đóng lặp lại. Dòng

điện này được xác định bằng giá trị hiệu dụng của dòng điện

xung kích khi xảy ra ngắn mạch.

Thời gian đóng máy cắt : là thời gian khi đưa tín hiệu đóng

máy cắt cho tới khi hòan tất động tác đóng máy cắt.

Lựa chọn và kiểm tra máy cắt điện cao áp 1000V)

Máy cắt điện được chọn theo địên áp định mức, lọai máy

cắt, kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt và khả năng cắt

trong tình trạng ngắn mạch.

Điều kiện lựa chọn : Máy cắt được lựa chọn và kiểm tra

theo các điều kiện sau

Đại lƣợng chọn và kiểmtra Điều kiên

1. Điện áp định mức (Kv)

2. Dòng điện định mức (A)

3. Dòng điện cắt định mức (kA)

4. Công Suất cắt định mức (Mva)

5. Dòng điện ổn định động (Ka)

6. Dòng điện ổn định nhiệt (kA)

UnMC UđmLĐ

IđmCC Ich

Icđm I”

Scđm S”

Idđm Ixk

Inhiệtđm

Itqd/tnhiệt đm

1)Nêu khái niêm và chức năng của máy cắt

2)Hãy phân loại máy cắt

3)Các điều kiện lựa chọn máy cắt

CÂU HỎI

Khái niệm:

Dao cách ly: là khí cụ điện dùng để tạo một khỏang hở

cách điện được trông thấy giữa bộ phận đang mang dòng

điện và bộ phận cắt điện nhằm mục đích đảm bảo an tòan,

khiến cho nhân viên sửa chữa thiết bị điện an tâm khi làm

việc.

Dao cách ly không có bộ phận dập tắt hồ quang nên không

thể cắt được dòng điện lớn

Dao cách ly có thể đóng cắt dòng điện dung của đường dây

hoặc cáp không tải, dòng điện không tải của máy biến áp.

Ở trạng thái đóng, dao cách ly phải chịu được dòng định

mức dài hạn và dòng sự cố ngắn hạn như : dòng ổn định

nhiệt, dòng xung kích

Dao Cách Ly:

Cầu dao cách ly

DAO CÁCH LY KIỂU QUAY

DAO CÁCH LY KIỂU QUAY

DAO CÁCH LY KIỂU QUAY

Phân loại :

Theo yêu cầu sử dụng, dao cách ly có hai lọai

Dao cách ly một pha.

Dao cách ly ba pha.

Theo vị trí sử dụng, dao cách ly có hai lọai:

Dao cách ly đặt trong nhà.

Dao cách ly đặt ngòai trời

Đặc điểm và thông số chính:

Dao cách ly không cách được dòng ngắn mạch. Các

thông số chính của dao cách ly là :

Điện áp định mức Un (hay Uđm)

Dòng điện áp định mức In (Iđm)

Dòng ổn định nhiệt Inh.đm

Dòng ổn định động Iđ.đm

Tần số định mức fn (hay fđm)

Trong lưới điện dao cách ly thường lắp đặt trước thiết bị

bảo vệ như: máy cắt, cầu chì.

Một số dao cắt ly thường có dao nối đi kèm, dao cách ly và

dao nối đất được nối liên động lại với nhau.

Khi dao cách ly mở, dao nối đất liên động nối phần mạch

cách ly để phóng điện áp dư còn tồn tại trong mạch cắt,

đảm bảo an toàn.

Các bộ phận truyền động của dao cách ly thường được thao

tác bằng tay bằng điện cơ ( động cơ điện).

Dao cách ly được chế tao với tất cả mức điện áp. Ngoài ra

còn có dao nối đất.

Cầu dao phụ tải

Dao nối đất

Là một thiết bị đóng cắt cơ khí dùng để nối đất và tạo

ngắn mạch.

Có khả năng chịu dòng điện với thời gian quy định ở điều

kiện bình thường.

Không đòi hỏi dẫn dòng điện làm việc bình thường.

Cầu dao nối đất có khả năng tạo dòng ngắn mạch.

Trong các trạm ngoài trời, dao nối đất không những đòi

hỏi đặt trực tiếp ở dao cách ly mà còn những vị trí khác

như nối đất ở thanh góp lẻ

Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly

Dao cách ly được chọn theo điều kiện định mức,

chúng được kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện

động và ổn định nhiệt. :

Đại lƣợng lựa chọn

kiểm tra

Điều kiện

1.Điện áp định mức (Kv)

2.Dòng điện định mức (A)

3.Dòng ổn định động (kA)

4.Dòng ổn định nhiệt (kA)

UđmDLC UđmLĐ

IđmDCL Ich

Iđ.đm Ixk

Inh.đm

Dao cách ly 3 pha trạng thái đóng

Dao cách ly 3 pha trạng thái mở

Dao cách ly 1 pha

Khái niệm và chức năng

Công tắc tơ là thiết bị đóng cắt bằng điện từ, dùng để đóng

cắt và vận hành thường xuyên, ví dụ như động cơ,máy

biến áp và tụ điện.

Chúng có thể có công suất đóng cắt ngắn mạch giới hạn,

nhưng công suất này không đủ cho áp lực ngắn mạch xuất

hiện tại vị trí lắp đặt của chúng. Các thiết bị có khả năng

cắt ngắn mạch thì phải nối tiếp. Thường cách thiết bị này

là cầu chì hoặc aptomát.

Contactor cao áp có tuổi thọ vận hành điện- cơ cao hơn

với cầu dao. Contactor chủ yếu được sử dụng khi đòi hỏi

phải có tần suất đóng cắt cao.

CÔNG TẮC TƠ CAO ÁP

Công tắc chân không loại VSC của hãng

Schnieder

Điện áp định mức

(kV)

3.3 7.2 12

Dòng định mức

(kA)

0.32

0.4-0.8

0.4

Khả năng cắt

(kA)

2.4 4-6.4 4

Dòng điện cực đại

trong 1 giây

(kA)

4.8

6-8

6

Phân loại:

• Công tắc tơ trung- cao áp được phân chia thành các loại

cơ bản sau :

Công tắc tơ cắt bằng không khí.

Công tắc tơ cắt bằng không khí là thiết bị đóng cắt làm

việc giống như máy bằng không khí. Vì công tắc tơ cắt

bằng không khí có công suất rất lớn và đắt tiền so với

công tắc tơ hiện đại nên ngày nay chúng không còn chú ý

nữa.

Công tắc tơ chân không :

Công tắc tơ chân không vận hành theo nguyên lý dập hồ

quang như máy cắt chân không.

Tuổi thọ vân hành điện cơ của công tắc tơ chân không cao

hơn nhiều so với máy cắt chân không.

Công tắc tơ chân không hiện đại có thể đóng cắt dòng

định mức một triệu lần.

Công tắc tơ chân không hiện nay là một thiết đóng cắt rất

phổ biến.

Câu hỏi:

1)Nêu khái niệm và chức năng của công tắc tơ trung-cao áp

2)Hãy phân loại công tơ trung-cao áp

Công tắc tơ SF6 :

Công tắc tơ SF6 vận hành với hiệu ứng dập hồ quang tự

sinh ra, giống như máy cắt SF6. So với công tắc chân không,

công tắc tơ SF6 có ưu điểm khi đóng cắt các dòng cảm ứng,

nhưng có nhược điểm khi đóng cắt các dòng dung. Tuy nhiên

sự khác nhau căn bản so với công tắc tơ SF6 là các thông số

vận hành

Tuổi thọ cơ điện của công tắc tơ SF6 là thấp hơn đáng kể so

với công tắc tơ chân không. Cấu tạo chúng phức tạp hơn và

số bộ phận nhiều hơn so với các công tơ chân không hiện đại,

do đó có khả năng hỏng hóc cao hơn

Khái niệm:

Cầu chì là một khí cụ điện dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải hay

ngắn mạch.

Thời gian cắt mạch của cầu chì phụ thuộc nhiều vào vật liệu làm dây

chảy.

Dây chảy của cầu chì làm bằng chì, hợp kim với thiếc có nhiệt độ

nóng chảy tương đối thấp,điện trở suất tương đối lớn.

Do vậy lọai dây chảy này thường chế tạo có tiết diện lớn và thích

hợp với điện áp nhỏ hơn 300V đối với điện áp cao hơn (1000 v):

không thể dùng dây chảy có tiếc diện lớn được vì lúc nóng chảy,

lượng kim lọai tỏa ra lớn. Khó khăn cho việc dập tắt hồ quang ; do

đó ở điện áp này thường dùng dây chảy bằng đồng, bạc, có điện trở

suất bé, nhiệt độ nóng chảy cao.

CẦU CHÌ CAO ÁP

Dây chảy:

Thành phần chính của cầu chì là dây chảy. Dây chảy có

kích thước và vật liệu khác nhau, được xác định bằng đặc

tuyến dòng điện – thời gian. Song song với dây chảy là

một sợi dây căng ra để triệt tiêu sự kéo căng của dây chảy.

Để tăng cường khả năng dập hồ quang sinh ra khi dây chảy

bị đứt và bảo đảm an tòan cho người vận hành cũng như

các thiết bị khác ở xung quanh trong cầu chì thường chèn

đầy các thạch anh. Các thạch anh có tác dụng phân chia

nhỏ hồ quang. Vỏ cầu chì có thể làm bằng chất xenluylô.

Nhiệt độ cao của hồ quang sẽ làm cho xenluylô bốc hơi

gây áp suất lớn để nhanh chóng dập tắt hồ quang.

Phân loại cầu chì:

Tùy theo chức năng của mỗi lọai cầu chì mà ta có thể

phân như sau :

Cầu chì tự rơi (fuse cut out: FCO) : họat động theo

nguyên tắc "rơi" do một dây chì được nối liên kết ở hai

đầu. Việc dập tắt hồ quang chỉ yếu dựa vào ống phụ bên

ngòai dây chì. Ngòai nhiệm vụ bảo vệ quá tải và ngắn

mạch cầu chì tự rơi còn có nhiệm vụ cách ly đường dây

bị sự cố .

Cầu chì tự rơi

Cầu chì chân không: là lọai cầu chì mà dây chảy được đặt

trong môi trường chân không. Cầu chì chân không có thể

được lắp ở bên trên hoặc dưới dầu.

Cầu chì hạn dòng : chức năng chính là hạn chế tác động

của dòng điện sự cố có thể có đối với những thiết bị được

nó bảo vệ.

Lựa chọn và kiểm tra cầu chì:

Cầu chì được chọn theo điện áp định mức, dòng điện

định mức và dòng điện cắt định mức ( hay công suất

cắt định mức). Ngòai ra, cần chú ý vị trí đặt cầu chì

(trong nhà hay ngòai trời.)

Máy biến dòng có nhiệm vụ biến đổi dòng điện từ trị số

lớn xuống trị số nhỏ để cung cấp cho các dụng cụ đo

lường, bảo vệ rơle và tự động hoá.

Thường Iđm biến dòng là 5A (trường hợp đặc biệt có thể

là 1A hoặc 10A) dù dòng điện sơ cấp có thể bằng bao

nhiêu.

Lựa Chọn và Kiểm Tra Máy Biến Dòng BI

Máy biến dòng điện loại cách điện khô

Nguyên lý biến dòng tương tự như máy biến áp động lực, nhưng

nó có đặc điểm sau đây :

Cuộn sơ cấp mắc nối tiếp với mạng điện và có số vòng dây rất

nhỏ (đối với dòng điện sơ cấp ≤ 600A thì sơ cấp chỉ có 1 vòng,

cuộn thứ cấp có nhiều vòng hơn ).

Phụ tải thứ cấp máy biến dòng rất nhỏ, có thể xem như máy

biến dòng làm việc trong tình trạng ngắn mạch.

Để làm việc an toàn cho người vận hành, cuộn thứ cấp phải

được nối đất.

Phân loại :

Theo số vòng của cuộn sơ cấp ta có loại một vòng và loại nhiều

vòng.

Theo lắp đặt, ta có loại xuyên tường và loại để trên giá đỡ.

Ưu điểm loại 1 vòng kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, ổn định

cao.

Nhược điểm là khi dòng sơ cấp nhỏ thì sai số lớn.

• Lựa Chọn và Kiểm Tra

Biến dòng lựa chọn theo điện áp, dòng điện phụ tải phía

thứ cấp, cấp chính xác, kiểu loại.

Máy biến dòng được chọn lựa và kiểm tra theo điều kiện

ổn định lực điện động và ổn định nhiệt khi có dòng điện

ngắn mạch chạy qua.

Theo điện áp định mức :UđmBI ≥ Uđm mạng

Theo dòng điện sơ cấp định mức :Isơ cấp BI ≥ I lvmax

Theo phụ tải định mức ở phía thứ cấp :S2đm BI ≥ S 2tt

Trong đó S2tt : là phụ tải tính toán của cuộn dây thứ cấp của

máy biến dòng trong tình trạng làm việc bình thường, tính

bằng VA

MỘT SỐ LOẠI BIẾN DÒNG

Máy biến dòng điện

Hai kiểu biến dòng điện, đo lường dòng điện và bảo vệ rơle

Máy biến dòng điện , loại cách

điện dầu trong nhà

• Câu hỏi :

1) Nêu khái niệm và công dụng cầu chì

2)Phân loại cầu chì.Lựa chọn và kiểm tra máy biến

dòng BI

3) Các điều kiện lựa chọn cầu chì

• Yêu cầu chọn MC1 ,MC2 phía cao áp trạm biến áp trung gian

110/10kV đặt 2 x10MVA có sơ đồ như hình 5.1. Biết I” =20kA

VÍ DỤ

110KV

2X10MVA

10KV

N

Sơ đồ trạmbiến áp

Giải

Dòng điện cưỡng bức qua MC1 và MC2 là dòng quá tải sự

cố khi cắt một biến áp :

Icb = Iqtba = 1.4Iđmba =1,4

Dòng điện ngắn mạch xung kích

•Ixk=1,8 =1,8x In x20 =50,76kA

Ax

x

Udm

đmS

57.73110.3

1010

.3

3

• Chọn dùng cho hai máy cắt 110Kv loại SB6 do Schneider

chế tạo có thông số sau là: Uđm =123Kv,Iđm =2000A, Inmax

=40kA, Uxungxét =550kV.

• Vì máy cắt có Iđm =2000A nên không cần điều kiện ổn định

nhiệt. Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra khác :

• Điện áp định mức (Kv) UđmMC =123 >Ulđ =110

• Dòng điện định mức (A) IđmMC =2000 >Ich= 73.57

• Dòng cắt định mức ( kA) Icđm =40 >I” =73.57

• Công suất cắt định mức(MVA) Scđm >S”

• Dòng ổn định động (kA) Iđ.đm =100 >Ixk =50.76

• Câu hỏi :

1) Nêu khái niệm và chức năng của máy cắt.

2) Hãy phân loại máy cắt

3) Cho biết các loại cơ cấu tác động và điều khiển của

máy cắt

4) Các điều kiện lựa chọn máy cắt

35K

V

2X25MV

A

10KV

N

Sơ đồ trạmbiến áp

Bài tập : Yêu cầu lựa chọn MC1 MC2 phía cao áp trạm biến áp trung gian đặt

hai biến áp 2x25MVA có sơ đồ như hình vẽ sau đây. Biết I” = 20kA