Thiết kế khí cụ điện hạ áp

1 – Điện áp định mức theo cách điện Với khí cụ điện điều khiển và phân phối năng lượng hạ áp (đến 1000V), tồn tại các tiêu chuẩn quy định và đồ bền cách điện theo điện áp định mức. Ở trạng thái khơ và sạch của khí cụ điện chưa vận hành, ở trạng thái nóng và nguội của cách điện, nó phải chịu được điện áp thử, tần số 50Hz, thời gian thử 1 phút theo bảng 1.1 Bảng 1.1: Điện áp thử nghiệm của khí cụ điện hạ áp Điện áp định mức Điện áp định mức của Điện áp thử nghiệm KOD, V cách điện V (trị hiệu dụng) V 12, 24 Đến 24 500 36, 48, 50 60 1000 110, 127, 220 220 2000 380, 440, 500 500 2500 600, 660 660 2500 750 750 3000 1000 1000 3500 2 – Khoảng cách cách điện giữa các phần tử dẫn điện có điện áp khác nhau Muốn khí cụ điện có độ tin cậy cao thì cần khoảng cách cách điện lớn, song như vậy lại tăng kích thước và khối lượng của thiết bị. Vì vậy nên chọn theo khoảng cách cách điện tối thiểu theo quy định của cơng nghiệp điện lực cho các khí cụ điện hạ áp thơng dụng ở bảng 1.2 Bảng 1.2: Khoảng cách cách điện của các phần tử có điện áp khác nhau và so với phần tử nối đất của các khí cụ điện dùng trong cơng nghiệp, điận áp đến 1000V Tên thiết bị hay mạch sử dụng Các khí cụ điện điều khiển, phân phối năng lượng Các khí cụ điện phân phối dùng để bảo vệ thiết bị Các mạch chính của Đường đi của hồ quang Khe hở điện Khoảng cách điện r0 (khơng phụ thuộc vào vị trí bề mặt) Khoảng cách điện r0 11 Điện áp định mức V Từ Từ Từ 100 251 401 đến đến đến 250 400 600 Khoảng cách, mm 4 5 7 15 17 22 10 12 15 KCĐ điều khiển, bảo vệ và phân phối năng lượng Khí cụ điện trong mạch điều khiển và tín hiệu Mạch chính của khí cụ điện có dòng định mức bé (đến 15A) theo mặt trên Khoảng cách điện r0 theo bề mặt dưới 8 10 12 Khoảng cách điện r0 theo bề mặt phía trên 7 9 11 Khoảng cách điện r0 theo bề mặt thẳng đứng hoặc mặt bên 5 7 9 Chú ý: Khoảng cách cách điện giữa các bộ phận chịu tác động của hồ quang và các khí ion hóa khơng nằm trong bảng này Khi chọn khoảng cách cách điện, cần lưu ý rằng nó phụ thuộc rất lớn vào tính chất của vật liệu, của bụi, đồ ẩm, trạng thái bề mặt của cách điện. Vì vậy phải thiết kế hình dạng, cấu trúc của cách điện sao cho khi vận hành bụi bẩn khơng phủ lên chúng. Để giảm các kích thước của khí cụ điện và loại trừ khả năng bụi bẩn, nên chọn kết cấu của cách điện theo dạng có gờ, mái, bậc như hình 1.1 Y > 2.5 3 Y < 2.5 3 Hình 1.1 Cấu trúc của các chi tiết cách điện trong khí cụ điện hạ áp - Khoảng cách theo bề mặt (khoảng cách điện r0) - Khe hở theo khơng khí Để chống việc tích tụ bụi, trên bề mặt cách điện nên gia cơng nhẵn, phẳng và chỗ nối của hai bề mặt nên gia cơng có độ cong đều đặn Với các khí cụ điện sử dụng ở những nơi có điều kiện mơi trường khắc nghiệt, khe hở điện và khoảng cách điện r0 nên chọn lớn hơn các trị số ở bảng 1.2 Với các tổ hợp từ hai khí cụ điện thiết bị trở lên, các khe hở điện và khoảng cách điện r0 giữa chúng nên lấy lớn hơn trị số trong bảng 1.2 vì rằng khi lắp ráp tổ hợp thi dung sai lắp ráp khơng thể đảm bảo chính xác như ở từng khí cụ điện riêng rẽ 12 * * * CHƯƠNG II: MẠCH VỊNG DẪN ĐIỆN § 2 – 1. KHÁI NIỆM CHUNG Mạch vòng dẫn điện của khí cụ điện do các bộ phận khác nhau về hình dạng kết cấu và kích thước hợp thành. Mạch vòng dẫn điện gồm thanh dẫn, dây nối mềm, đầu nối, hệ thống tiếp điểm (giá đỡ tiếp điểm, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh) cuộn dây dòng điện (nếu có, kể cả cuộn dây thổi từ dập hồ quang) Hình 2.1: Mạch vòng dẫn điện của cơng tắc tơ 1. Thanh dẫn vào 2. Cuộn thổi từ 3. Tiếp điểm tĩnh 3 4. Tiếp điểm động 5. Giá đỡ tiếp điểm động 4 6. Dây dẫn mềm 7. Đầu nối ra 2 1 7 Nhiệm vụ tính tốn là phải xác định các kích thước của các chi tiết trong mạch vòng dẫn điện Tiết diện của các chi tiết quyết định cơ của mạch vòng và cũng quyeté định kích thước của khí cụ điện § 2 – 2. THANH DẪN Các tính tốn cơ bản của thanh dẫn gồm: - Xác định tiết diện và các kích thước của nó ở chế độ làm việc dài hạn và các chế độ làm việc khác - Tính tốn kiểm nghiệm tiết diện và các kích thước của nó ở chế độ làm việc ngắn hạn chế độ khởi động đới với các khi cụ điện điều khiển và dùng trong tự động hóa A/ XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN THANH DẪN Ở CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC DÀI HẠN: 1) Xác định tiết diện thanh dẫn dựa vào bảng số khi tiết diện của nó khơng thay đổi theo chiều dài. 13 Trong các bảng 2.1 đến 2.6 cho các trị số của dòng điện và các tiết diện tương ứng với các loại vật liệu khác nhau khi làm việc ở chế độ dài hạn. 2) Tính tốn thanh dẫn với tiết diện khơng đổi: Từ cơng thức Niutơn: P = K T .S T (θ od − θ o ) = K T .S T .τ od ( W) (2-1) có thể viết biểu thức cân bằng nhiệt ở nhiệt độ xác lập cho mọi chi tiết với bề mặt tản nhiệt S T , chiều dài l và chu vi p = ST l P = I 2 .R θ .K f = K T .S T (θ od − θ mt ) I 2 .ρ θ .K m ↔ = K T p(θ od − θ mt ) S Trong đó: R θ (Ω ) : điện trở của thanh dẫn ở nhiệt độ ổn định ρ θ (Ωm) : điện trở suất của vật liệu ở nhiệt độ ổn định ρ θ = ρ o (1 + αθ) ρ o (Ωm) : điện trở suất của vật liệu ở 0 o C α là hệ số nhiệt điện trở α Cu = 0,0043; α Al = 0,0042 K f : hệ số tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và hiệu K f = K bm .K g ứng gần K bm : hiệu ứng bề mặt K g : hiệu ứng gần Đối với dòng điện xoay chiều: K f = 1,03 ÷ 1,06 Đối với dòng điện một chiều K f = 1 S (m 2 ) : tiết diện thanh dẫn S T (m 2 ) : tiết diện tản nhiệt của thanh dẫn p(m) : chu vi của thanh dẫn θ od : nhiệt độ ổn định θ mt : nhiệt độ mơi trường τ od = θ od − θ mt : độ tăng nhiệt ổn định K T : hệ số tản nhiệt ( bảng 6-5) P (W) : cơng suất tổn hao trong thanh dẫn I(A) : dòng điện ổn định 14 Tiết diện của thanh dẫn được xác định theo biểu thức: I 2 .ρ θ K f I 2ρ o (1 + αθod ).K f S.p = = K T τ od K T (θ od − θ mt ) (2-4) Khi xác định chu vi p và hệ số tản nhiệt K T cần phải lưu ý đến vị trí của chi tiết so với các chi tiết khác và điều kiện tản nhiệt của nó. Ví dụ: nếu chi tiết giáp với đế nhựa thì q trình tản nhiệt của vùng tiếp giáp khơng đáng kể, khi tính tốn thì bỏ qua bề mặt của chi tiết này. Tiết diện và kích thích các cạnh a, b của các chi tiết hình chữ nhật được xác định theo: I 2 .ρ θ .K f a.b.2(a + b ) = K T .τ od (2-5) I 2 .ρ θ .K f b=3 2n( n + 1).K T .τ od a với n = b (2-6) Với các chi tiết có hai lớp cách điện thì tiết diện được xác định theo: ab.2(a + b ) = I 2 .ρ θ .K f .( δ1 δ 2 1 + + ) λ1 λ 2 K T 2 τ od (2-7) Tiết diện và đường kính d của các chi tiết hình tròn được xác định theo biểu thức: πd 2 I 2 .ρ θ .K f πd. = 4 K T .τ od d=3 (2-8) 4 I 2ρ θ K f π 2 .K T .τ od (2-9) Với các chi tiết có hai lớp cách điện thì tiết diện được xác định theo: πd. 2 πd = 4 I 2 .ρ θ .K f .( d 1 d 1 1 ln 2 + ln 3 + ) 2λ 1 d1 2λ 2 d 2 K T 2 .d 3 πτod (xem chương 6) 15 (2-10) Tính tốn kiểm nghiệm: từ các biểu thức trên có thể xác định nhiệt độ θ od , độ chênh lệch nhiệt độ τ od và trị số của dòng điện cho phép I. Độ tăng nhiệt và nhiệt độ cho phép cho ở trong bảng 6-1. Kiểm nghiệm khi xảy ra ngắn mạch ( xem chương 6) Bảng 2-1: Phụ tải dài hạn cho phép của dây dẫn có cách điện cao su và polyclovinyl ở nhiệt độ khơng khí xung quanh 40 o C ( số ở trong ngoặc dùng cho dây dẫn đặt từng chùm có nhiều sợi nhỏ) Tiết diện dây dẫn ( mm 2 ) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 Chế độ làm việc π B : 100% π B : 40% π B : 25% Dòng điện cho phép (A) 18(15) 18(15) 18(15) 24(21) 24(21) 24(21) 32(30) 32(30) 32(30) 39(36) 39(36) 39(36) 65(55) 88(75) 110(95) 79(67) 110(95) 135(115) 110(90) 150(125) 190(155) 130(105) 180(145) 225(180) 170(145) 235(200) 295(250) 210(175) 290(245) 365(305) 260(215) 360(300) 455(375) 300(250) 420(350) 525(435) 345(285) 480(395) 600(495) Chú thích: B là thời gian đóng mạch tương đối. Bảng 2-2: Phụ tải cho phép của thanh dẫn ở nhiệt độ 100o C , mơi trường xung quanh 40 o C ( thanh dẫn sơn màu đen đặt ở 1 cạnh ). Chiều rộng thanh 1 dẫn ( mm 2 ) 10 62 12,5 121 16 153 1,5 122 150 188 Chiều dày thanh dẫn (mm) 2 2,5 3 4 5 Dòng điện dài hạn (A) 144 175 223 166 200 254 16 184 223 280 220 271 330 254 308 380 6 8 _ _ 425 _ _ 515