Skip to content Skip to navigation Skip to collection information

OpenStax-CNX

You are here: Home » Content » Giáo trình thiết bị điện » Hồ quang điện

Navigation

Lenses

What is a lens?

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

This content is ...

Affiliated with (What does "Affiliated with" mean?)

This content is either by members of the organizations listed or about topics related to the organizations listed. Click each link to see a list of all content affiliated with the organization.
  • VOCW

    This module and collection are included inLens: Vietnam OpenCourseWare's Lens
    By: Vietnam OpenCourseWare

    Click the "VOCW" link to see all content affiliated with them.

Recently Viewed

This feature requires Javascript to be enabled.
 

Hồ quang điện

Module by: Lê Thành Bắc. E-mail the author

Summary: Trình bày về Hồ quang điện

ĐẠI CƯƠNG VỀ HỒ QUANG ĐIỆN

Khái niệm chung

Hồ quang điện thực sự có ích khi được sử dụng trong các lĩnh vực như hàn điện, luyện thép,...những lúc này hồ quang cần được duy trì cháy ổn định.

KAUAUThUKE[V]EKEthEAVùng KVùng thân Vùng Alhq[m]I Uhql50mm2000 2 4 6 8 10 12 50100150200Nhưng trong các thiết bị̣ điện như cầu chì, cầu dao, máy cắt,...hồ quang lại có hại cần phải nhanh chóng được loại trừ. Khi thiết bị̣ điện đóng, cắt (đặc biệt là khi cắt) hồ quang phát sinh giữa các cặp tiếp điểm của thiết bị̣ điện khiến mạch điện không được ngắt dứt khoát. Hồ quang cháy lâu sau khi thiết bị̣ điện đã đóng cắt sẽ làm hư hại các tiếp điểm và bản thân thiết bị̣ điện. Trong trường hợp này để đảm bảo độ làm việc tin cậy của thiết bị̣ điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt hồ quang càng nhanh càng tốt.

a)b) B=0l(ly)dy(ly)2+a2 tæång tæû âàût u = l - y; du = -dy khi y=0 u=lkhi y = l u = 0{B=0l(ly)dy(ly)2+a2 tæång tæû âàût u = l - y; du = -dy khi y=0 u=lkhi y = l u = 0{alignl { stack { size 12{ size 10{B= Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{l} } { { { size 10{ \( l - y \) ital "dy"}} over { sqrt { size 10{ \( l - y \) rSup { size 8{2} } +a rSup { size 8{2} } }} } } } " tæång tæû âàût u "=" l - y;"}} {} # size 12{ size 10{" du "=" -dy " drarrow alignl { stack { left lbrace size 10{"khi y"="0 " rightarrow " u"=l} {} # right none left lbrace size 10{"khi y "=" l " rightarrow " u "=" 0"} {} # right no } } lbrace }} {} } } {}

Hình 1-1: a) Hồ quang một chiều; b)̀ Đặc tính

Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điện với mật độ dòng điện rất lớn (tới khoảng 104 đến 105 A/cm2), có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 5000 ¸¸ size 12{¸} {} 60000C) và điện áp rơi trên cực âm bé (chỉ khoảng 10 ¸¸ size 12{¸} {}20V) và thường kèm theo hiện tượng phát sáng. Sự phân bố của điện áp và cường độ điện trường dọc theo chiều dài hồ quang được biểu diễn trên hình 1-1a.

Dọc theo chiều dài hồ quang được chia làm ba vùng là: vùng xung quanh cực âm (cách cực âm khoảng 10-4 đến 10-5cm) vùng này tuy điện áp nhỏ chỉ 8 đến 10V nhưng khoảng cách cũng rất bé nên cường độ điện trường rất lớn cỡ 105 đến 106 V/cm. Còn vùng có chiều dài gần hết hồ quang là vùng thân, vùng này có cường độ điện trường chỉ khoảng 10 đến 50 V/cm. Vùng còn lại còn được gọi là vùng cực dương có cường độ điện trường lớn hơn vùng thân nhưng các yếu tố xảy ra ở đây theo các lí thuyết hiện đại thì ít ảnh hưởng đến quá trình phát sinh và dập hồ quang nên không được đề cập.

Đặc tính u(i) của hồ quang một chiều có thể biểu điễn theo công thức Kapzow có dạng:

uhq = a+ bl + c+dlinc+dlin size 12{ { {c+"dl"} over {i rSup { size 8{n} } } } } {}

Với: a, b, c, d là các hằng số phụ thuộc vật liệu làm tiếp điểm và các yếu tố bên ngoài (ví dụ tiếp điểm đồng có a= 30; b=17; c=41; d=33). Có n là số mũ, phụ thuộc vào nhiệt độ vật liệu dương cực, theo thực nghiệm thường lấy n = 2,62.T.10-4, trong đó T là nhiệt độ của vật liệu dương cực.

Đặc tính u(i) với l là chiều dài hồ quang có dạng hypécbôn như hình 1-1b.

Qúa trình phát sinh và dập tắt hồ quang

Quá trình phát sinh

Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện). Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường khác nhau dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh,.... Trong thực tế quá trình phát sinh hồ quang điện có những dạng ion hóa sau:

- Quá trình phát xạ điện tư ̉ nhiệt; Quá trình tự phát xạ điện tư.̉

- Quá trình ion hóa do va chạm.

- Quá trình ion hóa do nhiệt .

Sự phát xạ điện tử nhiệt

Điện cực và tiếp điểm chế tạo từ kim loại, mà trong cấu trúc kim loại luôn tồn tại các điện tử tự do chuyển động về mọi hướng trong quỹ đạo của cấu trúc hạt nhân nguyên tử. Khi tiếp điểm bắt đầu mở ra lực nén vào tiếp điểm giảm dần khiến điện trở tiếp xúc tăng lên chỗ tiếp xúc dòng điện bị thắt lại mật độ dòng tăng rất lớn làm nóng các điện cực (nhất là ở cực âm nhiều e). Bị đốt nóng, động năng của các điện tử tăng nhanh đến khi công nhận được lớn hơn công thoát liên kết hạt nhân thì điện tử sẽ thoát ra khỏi bề mặt cực âm trở thành điện tử tự do. Quá trình này được gọi là phát xạ điện tử nhiệt.

Sự tự phát xạ điện tử

Khi tiếp điểm hay điện cực vừa mở ra lúc đầu khoảng cách còn rất bé dưới tác dụng của điện áp nguồn ngoài thì cường độ điện trường rất lớn, nhất là vùng cực âm có khoảng cách nhỏ có thể tới hàng triệu V/ cm. Với cường độ điện trường lớn ở cực âm một số điện tử có liên kết yếu với hạt nhân trong cấu trúc sẽ bị kéo bật ra khỏi bề mặt ca tốt trở thành các điện tử tự do, hiện tượng này gọi là tự phát xạ điện tử. Khi có điện tử tự phát xạ và phát xạ điện tử nhiệt năng lượng được giải phóng rất lớn làm nhiệt độ khu vực hồ quang tăng cao và phát sáng, đặc biệt khi cắt mạch ở điện áp cao và có dòng tải lớn thì hồ quang cháy và phát sáng rất mãnh liệt.

Ion hóa do va chạm

Sau khi tiếp điểm mở ra, dưới tác dụng của nhiệt độ cao hoặc của điện trường lớn (mà thông thường là cả hai) thì các điện tử tự do sẽ phát sinh chuyển động từ cực dương sang cực âm. Do điện trường rất lớn nên các điện tử chuyển động với tốc độ rất cao. Trên đường đi các điện tử này bắn phá các nguyên tử và phân tử khí sẽ làm bật ra các điện tử và các ion dương. Các phần tử mang điện này lại tiếp tục tham gia chuyển động và bắn phá tiếp làm xuất hiện các phần tử mang điện khác. Do vậy mà số lượng các phần tử mang điện tăng lên không ngừng, làm mật độ điện tích trong khoảng không gian giữa các tiếp điểm rất lớn, đó là quá trình ion hóa do va chạm.

Ion hóa do nhiệt

Do có các quá trình phát xạ điện tử và ion hóa do va chạm, một lượng lớn năng lượng được giải phóng làm nhiệt độ vùng hồ quang tăng cao và thường kèm theo hiện tượng phát sáng. Nhiệt độ khí càng tăng thì tốc độ chuyển động của các phần tử khí càng tăng và số lần va chạm do đó cũng càng tăng lên. Khi tham gia chuyển động cũng có một số phần tử gặp nhau sẽ kết hợp lại phân li thành các nguyên tử. Các nguyên tử khuếch tán vào môi trường xung quanh, gặp nhiệt độ thấp sẽ kết hợp lại thành phân tử, hiện tượng này gọi là hiện tượng phân li (phản ứng phân li thu nhiệt làm giảm nhiệt độ của hồ quang, tạo điều kiện cho khử ion). Còn lượng các ion hóa tăng lên do va chạm khi nhiệt độ tăng thì gọi đó là lượng ion hóa do nhiệt. Nhiệt độ để có hiện tượng ion hóa do nhiệt cao hơn nhiều so với nhiệt độ có hiện tượng phân li. Ví dụ không khí có nhiệt độ phân li khoảng 40000K còn nhiệt độ ion hóa khoảng 80000K.

Tóm lại, hồ quang điện phát sinh là do tác dụng của nhiệt độ cao và cường độ điện trường lớn sinh ra hiện tượng phát xạ điện tử nhiệt và tự phát xạ điện tử và tiếp theo là quá trình ion hóa do va chạm và ion hóa do nhiệt. Khi cường độ điện trường càng tăng (khi tăng điện áp nguồn), nhiệt độ càng cao và mật độ dòng càng lớn thì hồ quang cháy càng mãnh liệt. Quá trình có thoát năng lượng hạt nhân nên thường kèm theo hiện tượng phát sáng chói lòa. Nếu tăng áp lực lên môi trường hồ quang thì sẽ giảm được tốc độ chuyển động của các phần tử và do vậy hiện tượng ion hóa sẽ giảm.

Quá trình hồ quang tắt

Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trường giữa các điện cực không còn dẫn điện hay nói cách khác hồ quang điện sẽ tắt khi có quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa. Ngoài quá trình phân li đã nói trên, song song với quá trình ion hóa còn có các quá trình phản ion gồm hai hiện tượng sau:

Hiện tượng tái hợp

Trong quá trình chuyển động các hạt mang điện là ion dương và điện tử gặp được các hạt tích điện khác dấu là điện tử hoặc ion dương để trở thành các hạt trung hòa (hoặc ít dương hơn). Trong lí thuyết đã chứng minh tốc độ tái hợp tỉ lệ nghịch với bình phương đường kính hồ quang, và nếu cho hồ quang tiếp xúc với điện môi hiện tượng tái hợp sẽ tăng lên. Nhiệt độ hồ quang càng thấp tốc độ tái hợp càng tăng.

Hiện tượng khuếch tán

Hiện tượng các hạt tích điện di chuyển từ vùng có mật độ điện tích cao(vùng hồ quang) ra vùng xung quanh có mật độ điện tích thấp là hiện tượng khuếch tán. Các điện tử và ion dương khuếch tán dọc theo thân hồ quang, điện tử khuếch tán nhanh hơn ion dương. Quá trình khuếch tán đặc trưng bằng tốc độ khuếch tán. Sự khuếch tán càng nhanh hồ quang càng nhanh bị tắt. Để tăng quá trình khuếch tán người ta thường tìm cách kéo dài ngọn lửa hồ quang.

1.2. HỒ QUANG ĐIỆN MỘT CHIỀU

1. Khái niệm chung

Chúng ta khảo sát ở đây một quá trình xuất hiện hồ quang giữa hai điện cực trong một mạch điện một chiều như hình 1-2.

Gọi điện áp nguồn là U0 ,điện trở mạch là R, điện cảm mạch là L và rhq đặc trưng cho điện trở hồ quang với điện áp trên hồ quang là uhq. Theo định luật Kiếc khốp II, ta có phương trình cân bằng điện áp trong mạch khi mở tiếp điểm và hồ quang bắt đầu cháy như sau:

U0 = i.R + uhq + L didtdidt size 12{ { { ital "di"} over { ital "dt"} } } {} (1.1)

Khi hồ quang cháy ổn định thì dòng điện không đổi i=I và có didtdidt size 12{ { { ital "di"} over { ital "dt"} } } {}= 0 phương trình cân bằng áp sẽ là : U0 = uR+ uhq = I.R+ I.rhq (1.2)

Các thành phần điện áp trong phương trình (1.1) được thể hiện trên hình 1-2. Với: đường 1-là điện áp nguồn; đường 2- là điện áp rơi trên điện trở R và đường 3- là đặc tính u(i) của hồ quang.

Theo đồ thị các đường đặc tính 2 và 3 giao nhau ở hai điểm A và B. Tại A và B phương trình (1.2) được thỏa mãn, các điểm A, B được gọi là hai điểm cháy của hồ quang .

-Xét tại B: Hồ quang đang cháy nếu vì một lí do nào đó làm dòng điện i tăng lớn hơn IB thì theo đồ thị ta nhận thấy sức điện động tự cảm trên L là L didtdidt size 12{ { {"di"} over {"dt"} } } {}< 0 (ngược chiều dòng tăng) sẽ làm dòng điện i giảm xuống lại IB. Còn ngược lại nếu i giảm nhỏ hơn IB thì L didtdidt size 12{ { {"di"} over {"dt"} } } {}> 0 sẽ làm i tăng trở lại giá trị IB, do vậy điểm B được gọi là điểm hồ quang cháy ổn định.

-Nếu cũng tương tự ta xét tại điểm A, khi hồ quang đang cháy ổn định với i= IA nếu vì một lí do nào đó i giảm nhỏ hơn IA thì L didtdidt size 12{ { {"di"} over {"dt"} } } {}< 0 nên dòng tiếp tục giảm đến 0 và hồ quang tắt. Còn nếu i tăng lớn hơn IA thì trên đặc tính ta thấy L didtdidt size 12{ { {"di"} over {"dt"} } } {}> 0 nên dòng tiếp tục tăng đến IB và hồ quang cháy ổn định tại điểm B, vậy điểm A gọi là điểm hồ quang cháy không ổn định.

2. Điều kiện để dập tắt hồ quang điện một chiều

I[A]U[V]U0123URUhqLdi/dt>0Ldi/dt< 0Ldi/dt< 0I[A]U [V]3c)a)+-UoRrhqLIb)Hình 1-2: Đặc tính hồ quang một chiều và điều kiện tắtĐể có thể dập tắt được hồ quang điện một chiều cần loại bỏ được điểm hồ quang cháy ổn định (điểm B). Trên đặc tính ta nhận thấy sẽ không có điểm cháy ổn định khi đường đặc tính 3(điện áp trên hồ quang) cao hơn đường đặc tính 2 (là đặc tính điện áp rơi trên điện trở R) như hình 1-2b (tức là hồ quang sẽ tắt khi Uhq> U0- UR). Để nâng cao đường đặc tính 3 thường thực hiện hai biện pháp là tăng độ dài hồ quang(tăng l) và giảm nhiệt độ vùng hồ quang xuống, đặc tính như hình 1-3.

T1T2<T1U [V]b)I[A]U [V]L1L2>L1a)I[A]Hình 1-3: Đặc tính khi kéo dài và giảm nhiệt độ̣ hồ quang

3. Quá điện áp trong mạch điện một chiều

Khi cắt mạch điện một chiều thường xảy ra quá điện áp, khi ở mạch có điện cảm lớn nếu tốc độ cắt càng nhanh thì quá điện áp càng lớn.

Nếu tại thời điểm cắt có I= 0 thì : U0 = L didtdidt size 12{ { {"di"} over {"dt"} } } {} + uhq , hay ta có:

uhq - U0 = - L didtdidt size 12{ { {"di"} over {"dt"} } } {} = ΔUΔU size 12{ΔU} {} (1.3)

DUDU size 12{DU} {}là trị số quá điện áp xoay chiều. Trong mạch một chiều làm việc với công suất lớn lại có nhiều vòng dây khi dập hồ quang điện quá điện áp sẽ xảy ra rất lớn có thể gây đánh thủng cách điện và hư hỏng thiết bị. Để hạn chế hiện tượng quá điện áp người ta thường dùng thêm một mạch điện phụ mắc song song với phụ tải. Mạch này có thể là điện trở, điện trở và tụ nối tiếp hoặc một chỉnh lưu mắc ngược.

  • i(t )12UchUtU[V]ta)UIUchUtb)Hình 1-4: Đặc tính của hồ quang xoay chiềuHỒ QUANG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Khái niệm chung

Đặc điểm của mạch xoay chiều là trong một chu kì biến thiên dòng điện có hai lần qua trị số i= 0. Khi có hồ quang thì tại thời điểm khi i= 0 quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh hơn quá trình ion hóa. Khi i= 0 hồ quang không dẫn điện và đây là thời điểm tốt để dập tắt hồ quang điện xoay chiều.

Khi hồ quang điện xoay chiều đang cháy ta đưa dòng điện và điện áp của hồ quang vào dao động kí ta sẽ được dạng sóng của dòng điện và điện áp hồ quang như hình 1-4.

Dòng điện có dạng sóng gần giống sóng hình sin còn điện áp thì trong một nửa chu kì có hai đỉnh nhọn tương ứng với hai giá trị điện áp cháy ( Uch) và điện áp tắt (Ut) của hồ quang điện. Từ dạng sóng thu được trên màn hình dao động kí ta xây dựng được đặc tính Vôn -Am pe (V-A) của hồ quang điện xoay chiều như hình 1-4.

Ta nhận thấy ở thời điểm dòng điện qua trị số 0 nếu điện áp nguồn nhỏ hơn trị số điện áp cháy (Uch) thì hồ quang sẽ tắt. Do vậy quá trình dập hồ quang điện xoay chiều phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của phụ tải.

Ta nhận thấy trong mạch có phụ tải điện trở thuần dễ dập hồ quang hơn trong mạch có tải điện cảm, bởi ở mạch thuần trở khi dòng điện qua trị số không (thời gian i=0 thực tế kéo dài khoảng 0,1 msms size 12{ms} {}) thì điện áp nguồn cũng bằng không (trùng pha), còn ở mạch thuần cảm khi dòng bằng không thì điện áp nguồn đang có giá trị cực đại (điện áp vượt trước dòng điện một góc 900).

2. Dập tắt hồ quang điện xoay chiều

Hồ quang điện xoay chiều khi dòng điện qua trị số 0 thì không được cung cấp năng lượng. Môi trường hồ quang mất dần tính dẫn điện và trở thành cách điện. Nếu độ cách điện này đủ lớn và điện áp nguồn không đủ duy trì phóng điện lại thì hồ quang sẽ tắt hẳn. Để đánh giá mức độ cách điện của điện môi vùng hồ quang là lớn hay bé người ta dùng khái niệm điện áp chọc thủng. Điện áp chọc thủng ( Uch.t ) càng lớn thì mức độ cách điện của điện môi càng cao.

Quá trình dập tắt hồ quang điện xoay chiều không những tùy thuộc vào tương quan giữa độ lớn của điện áp chọc thủng với độ lớn của điện áp hồ quang mà còn phụ thuộc tương quan giữa tốc độ tăng của chúng. Nếu tốc độ tăng điện áp chọc thủng lớn hơn tốc độ phục hồi điện áp nguồn (hình 1-5: đường 1 và đường 2 không giao nhau ở điểm nào) thì hồ quang sẽ tắt hoàn toàn. Trong các thiết bị điện khi tiếp điểm mở ra khoảng cách tăng dần làm cách điện điện môi tăng dần (đường 1), nửa chu kì sau càng dốc hơn nửa chu kì trước.

I[A]U[V]12150250VHình 1-5: Điều kiện tắt hồ quang xoay chiều Ngược lại, tốc độ phục hồi điện áp mà nhanh hơn tốc độ tăng của điện áp chọc thủng ( làm đường 1 và đường 2 giao nhau) thì hồ quang sẽ cháy lại.

Tóm lại : để dập tắt hồ quang điện xoay chiều hoàn toàn thì ta phải làm sao để độ tăng điện áp chọc thủng (đường 1) vượt cao hơn đỉnh của đường biểu diễn điện áp phục hồi hồ quang (đường 2). Khi điện áp nguồn là1000V thì trong lúc dòng điện qua trị số 0 sau khoảng 0,1 msms size 12{ms} {} mức độ cách điện khu vực này đạt đến giá trị xuyên thủng tức thời khoảng 150 đến 250V.

1.4. QUÁ TRÌNH PHỤC HỒI ĐIỆN ÁP CỦA HỒ QUANG ĐIỆN

1. Khái niệm

Giá trị tức thời của điện áp nguồn xuất hiện giữa các tiếp điểm sau khi đã ngắt mạch trong quá trình quá độ được gọi là điện áp phục hồi.

a) Trong mạch điện một chiều

Tùy thuộc tính chất của tải là điện trở, điện cảm hay điện dung mà điện áp phục hồi cũng khác nhau. Thực tế tồn tại điện dung giữa các dây dẫn khác nhau, dây dẫn với đất hay giữa các bối dây với nhau. Trong mạch khi có cả R, L, C thì điện áp phục hồi tùy theo giá trị điện trở R mà có thể dao động tuần hoàn hay không. Khi mạch R, L, C mà có mắc thêm tụ điện song song với hồ quang thì trước khi dòng điện triệt tiêu tụ đã được nạp và phóng điện trở lại, điện áp phục hồi sẽ dao động tuần hoàn khi R nhỏ.

Nhưng nếu trị số điện trở R lớn sẽ không thể có dao động tuần hoàn được.

b) Trong mạch điện xoay chiều

Nếu hồ quang được dập tắt vĩnh viễn thì quá trình phục hồi điện áp có dạng biến thiên với tần số nhỏ dần về bằng 0. Nếu hồ quang xuất hiện lại thì quá trình phục hồi bị ngắt và điện áp giảm nhanh từ giá trị Uch đến giá trị bé nhất ứng với điện áp rơi trên hồ quang.

Nếu mạch điện có điện trở đủ lớn thì điện áp phục hồi trên tiếp điểm khi có hồ quang sẽ không còn xuất hiện lại (có dạng không tuần hoàn). Ở mạch điện xoay chiều thì tần số điện áp nguồn fnguồn thông thường rất thấp so với tần số dao động riêng của mạch có L và C.

fnguŠšn<<12Õ.L.C=(100¸10.000)[Hz]fnguŠšn<<12Õ.L.C=(100¸10.000)[Hz] size 12{f rSub { size 8{"nguŠšn"} } "<<" { {1} over {2 size 8{Õ "." sqrt {L "." C} }} } = \( "100"¸"10" "." "000" \) " " \[ ital "Hz" \] } {} (1.4)

Giá trị bé nhất phù hợp với lưới có điện áp cao. Quá trình phục hồi điện áp xảy ra ở hai trường hợp giới hạn sau :

+ Ngắt mạch cảm ứng lớn ( ϕ900ϕ900 size 12{ϕ approx "90" rSup { size 8{0} } } {}) thường xảy ra khi ngắn mạch.

+ Ngắt mạch thuần điện trở ( ϕ00ϕ00 size 12{ϕ approx 0 rSup { size 8{0} } } {}).

Trên hình 1-6a biểu diễn trường hợp phụ tải thuần điện cảm ( ϕ900ϕ900 size 12{ϕ approx "90" rSup { size 8{0} } } {}) điện áp phục hồi không tuần hoàn, kết quả là : Uph maxEmaxUph maxEmax size 12{U rSub { size 8{"ph max"} } <= E rSub { size 8{ ital "ma"x} } } {}. Hình 1-6b điện áp phục hồi dao động (tuần hoàn) và trên thực tế Uph max2.EmaxUph max2.Emax size 12{U rSub { size 8{"ph max"} } <= 2 "." E rSub { size 8{ ital "ma"x} } } {}. Trên hình 1-6c là trường hợp phụ tải điện trở ( ϕ00ϕ00 size 12{ϕ approx 0 rSup { size 8{0} } } {}), khi đó dòng điện và sức điện động nguồn e(t) trùng pha nhau, chúng đồng thời qua giá trị 0, điện áp phục hồi sẽ bằng 0.

Kết quả là mạch thuần điện trở, hồ quang dễ bị dập tắt vĩnh viễn hơn là mạch điện cảm. Từ đó giải thích khi thử nghiệm thiết bị điện đóng mở mạch dòng xoay chiều cần phải thực hiện trong mạch có hệ số công suất cosϕcosϕ size 12{"cos"ϕ} {} thấp (cosϕ0.2)(cosϕ0.2) size 12{ \( "cos"ϕ <= 0 "." 2 \) } {}.

e(t)i(t)uttUphmEm=90Le(t)i(t)uttUm=2EmEm=90LUphm=0e(t)i(t)uttRe(t)i(t)uttCi=0=90d)c)b)a)Hình 1-6: Các đường đặc tính điện áp phục hồi sau khi cắt mạch trong cáctrường hợp: a,b) phụ tải điện cảm, c)phụ tải điện trở , d)phụ tải dung Trên hình 1-6d biểu diễn điện áp phục hồi khi ngắt mạch đường dây không tải.

2. Năng lượng hồ quang

a) Dòng một chiều

Đặc tính dập tắt hồ quang phụ thuộc vào năng lượng hồ quang. Năng lượng hồ quang dòng một chiều tính theo :

Whq=LI22+0t(UR.i).i.dtWhq=LI22+0t(UR.i).i.dt size 12{W rSub { size 8{"hq"} } "=L" { {I rSup { size 8{2} } } over {2} } + Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{t} } { \( U - R "." i \) "." i "." ital "dt"} } {} (1.5)

Từ phương trình thấy rằng toàn bộ năng lượng L.I22L.I22 size 12{ { {L "." I rSup { size 8{2} } } over {2} } } {} đã tích lũy trong mạch trước lúc ngắt cộng với năng lượng nguồn sau khi đã bớt phần năng lượng tổn hao trên điện trở R nằm trong mạch chính là năng lượng hồ quang (Whq).

Do vậy ở mạch một chiều, điện cảm của mạch càng lớn thì năng lượng hồ quang sẽ càng lớn, khi đó hồ quang sẽ khó dập tắt.

b) Dòng điện xoay chiều

Hồ quang xoay chiều dập tắt lúc i = 0, do đó năng lượng điện từ xem như bằng 0 và ta có :

Whq=0t=n.πω(u-R.i)i.dt.Whq=0t=n.πω(u-R.i)i.dt. size 12{W rSub { size 8{"hq"} } = Int cSub { size 8{0} } cSup { size 8{"t=" { {n "." π} over {ω} } } } { \( "u-R" "." i \) i "." "dt" "." } } {} (1.6)

Với n là số lượng bán chu kì trong khoảng thời gian cháy của hồ quang. Kết quả là ở dòng xoay chiều thì năng lượng hồ quang là năng lượng nguồn trừ bớt đi phần tổn hao tác dụng. Khác với dòng một chiều toàn bộ năng lượng được đưa trở về nguồn. Nếu dòng điện được ngắt trước lúc đi qua trị số 0 thì một phần của năng lượng từ sẽ không đưa về nguồn mà cung cấp cho hồ quang. Do đó đứng trên quan điểm năng lượng mà xét thì ngắt mạch dòng xoay chiều dễ dàng hơn ngắt mạch dòng một chiều cùng một công suất.

Đồng thời ta còn thấy muốn giảm năng lượng hồ quang (một chiều và xoay chiều) thì phải cần giảm thời gian đốt cháy của hồ quang.

3. Công thức qui ước về công suất ngắt

Để đặc trưng cho khả năng ngắt lớn nhất của thiết bị đóng mở mạch, người ta đưa vào khái niệm công suất ngắt (Sngắt) được xác định theo qui ước theo công thức sau :

Sngàõt=C.Ingàõt âm(MVA)Sngàõt=C.Ingàõt âm(MVA) size 12{S rSub { size 8{"ngàõt"} } =C "." I rSub { size 8{"ngàõt âm"} } \( ital "MVA" \) } {} (1.7)

Trongđó: C=m.Uđm=3.Uđmfa= 3.Uâmdáy:âàûc træng cho ba pha3.Uâmdáy:âàûc træng cho ba pha size 12{ sqrt { size 10{3 "." }} U rSub { size 8{"âmdáy"} } :"âàûc træng cho ba pha"} {}. Uâmfa laì âiãûn aïp âënh mæïc pha (giaï trë hiãûu duûng).Uâmdáylaì âiãûn aïp âënh mæïc dáy (giaï trë hiãûu duûng).Ingàõt âmlaì giaï trë hiãûu duûng doìng âiãûn ngàõt âënh mæïc cuía thiãút bë âoïng måí maûch,[kA].Uâmfa laì âiãûn aïp âënh mæïc pha (giaï trë hiãûu duûng).Uâmdáylaì âiãûn aïp âënh mæïc dáy (giaï trë hiãûu duûng).Ingàõt âmlaì giaï trë hiãûu duûng doìng âiãûn ngàõt âënh mæïc cuía thiãút bë âoïng måí maûch,[kA].alignl { stack { size 12{ size 10{U rSub { size 8{"âmfa"} } " laì âiãûn aïp âënh mæïc pha " \( "giaï trë hiãûu duûng" \) "." }} {} # size 12{ size 10{U rSub { size 8{"âmdáy"} } "laì âiãûn aïp âënh mæïc dáy " \( "giaï trë hiãûu duûng" \) "." }} {} # size 12{ size 10{I rSub { size 8{"ngàõt âm"} } "laì giaï trë hiãûu duûng doìng âiãûn ngàõt âënh mæïc cuía thiãút bë âoïng måí maûch," \[ "kA" \] "." }} {} } } {}

Ingắtđm là dòng điện lớn nhất ứng với lúc đầu tiên các tiếp điểm rời xa nhau ở điện áp định mức của thiết bị đóng mở mạch.

Trong các công thức trên xét trị số của các thông số cơ bản để khi ngắt ở giá trị đó thiết bị điện không bị xảy ra hư hỏng.

1.5. BIỆN PHÁP VÀ TRANG BỊ DẬP HỒ QUANG TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN

1. Các biện pháp và trang bị để dập hồ quang trong thiết bị điện cần phải đảm bảo yêu cầu

-Trong thời gian ngắn phải dập tắt được hồ quang, hạn chế phạm vi cháy hồ quang là nhỏ nhất.

-Tốc độ đóng mở tiếp điểm phải lớn.

-Năng lượng hồ quang sinh ra phải bé, điện trở hồ quang phải tăng nhanh.

-Tránh hiện tượng quá điện áp khi dập hồ quang.

2. Các nguyên tắc cơ bản để dập hồ quang điện

-Kéo dài ngọn lửa hồ quang.

-Dùng năng lượng hồ quang sinh ra để tự dập.

-Dùng năng lượng nguồn ngoài để dập.

-Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập.

-Mắc thêm điện trở song song để dập.

3. Trong thiết bị điện hạ áp thường dùng các biện pháp và trang bị sau

  1. Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí

Đây là biện pháp đơn giản thường dùng ở cầu dao công suất nhỏ hoặc ở rơle. Kéo dài hồ quang làm cho đường kính hồ quang giảm, điện trở hồ quang sẽ tăng dẫn đến tăng quá trình phản ion để dập hồ quang. Tuy nhiên biện pháp này chỉ thường được dùng ở mạng hạ áp có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 220V và dòng điện tới 150 A.

b) Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp buồng dập hồ quang

Người ta dùng một cuộn dây mắc nối tiếp với tiếp điểm chính tạo ra một từ trường tác dụng lên hồ quang để sinh ra một lực điện từ kéo dài hồ quang. Thông thường biện pháp này kết hợp với trang bị thêm buồng dập bằng amiăng. Lực điện từ của cuộn thổi từ sẽ thổi hồ quang vào tiếp giáp amiăng làm tăng quá trình phản ion.

c) Dùng buồng dập hồ quang có khe hở quanh co

Buồng được dùng bằng amiăng có hai nửa lồi lõm và ghép lại hợp thành những khe hở quanh co (khi đường kính hồ quang lớn hơn bề rộng khe thì gọi là khe hẹp).

Khi cắt tiếp điểm lực điện động sinh ra sẽ đẩy hồ quang vào khe quanh co sẽ làm kéo dài và giảm nhiệt độ hồ quang.

d) Phân chia hồ quang ra làm nhiều đoạn ngắn

Trong buồng hồ quang ở phía trên người ta người ta đặt thêm nhiều tấm thép non. Khi hồ quang xuất hiện, do lực điện động hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra làm nhiều đoạn ngắn. Loại này thường được dùng ở lưới một chiều dưới 220 V và xoay chiều dưới 500 V.

e) Tăng tốc độ chuyển động của tiếp điểm động

Người ta bố trí các lá dao động, có một lá chính và một lá phụ (thường là ở cầu dao) hai lá này nối với nhau bằng một lò xo, lá dao phụ cắt nhanh do lò xo đàn hồi(lò xo sẽ làm tăng tốc độ cắt dao phụ) khi kéo dao chính ra trước .

f) Kết cấu tiếp điểm kiểu bắc cầu

Một điểm cắt được chia ra làm hai tiếp điểm song song nhau, khi cắt mạch hồ quang được phân chia làm hai đoạn và đồng thời do lực điện động ngọn lửa hồ quang sẽ bị kéo dài ra làm tăng hiệu quả dập.

4. Các biện pháp và trang bị dập hồ quang ở thiết bị điện trung và cao áp

a) Dập hồ quang trong dầu biến áp kết hợp phân chia hồ quang

Ở các máy cắt trung áp các tiếp điểm cắt được ngâm trong dầu biến áp, khi cắt hồ quang xuất hiện sẽ đốt cháy dầu sinh ra hỗn hợp khí (chủ yếu là H) làm tăng áp suất vùng hồ quang, đồng thời giảm nhiệt độ hồ quang. Các máy cắt điện áp cao mỗi pha thường được phân ra làm nhiều chỗ ngắt.

b) Dập hồ quang bằng khí nén

Dùng khí nén trong bình có sẵn hoặc hệ thống ống dẫn khí nén để khi hồ quang xuất hiện (tiếp điểm khi mở) sẽ làm mở van của bình khí nén, khí nén sẽ thổi dọc hoặc ngang thân hồ quang làm giảm nhiệt độ và kéo dài hồ quang.

c) Dập hồ quang bằng cách dùng vật liệu tự sinh khí

Thường dùng trong cầu chì trung áp, khi hồ quang xuất hiện sẽ đốt cháy một phần vật liệu sinh khí(như thủy tinh hữu cơ,...) sinh ra hỗn hợp khí làm tăng áp suất vùng hồ quang.

d) Dập hồ quang trong chân không

Người ta đặt tiếp điểm cắt trong môi trường áp suất chỉ khoảng 10-6 đến 10-8 N/ cm2.

Ở môi trường này thì độ bền điện cao hơn rất nhiều độ bền điện của không khí nên hồ quang nhanh chóng bị dập tắt.

e) Dập hồ quang trong khí áp suất cao

Khí được nén ở áp suất tới khoảng 200 N/cm2 hoặc cao hơn sẽ tăng độ bền điện gấp nhiều lần không khí. Trong các máy cắt điện áp cao và siêu cao áp hiện nay thường sử dụng khí SF6 được nén trong các bình khí nén để dập hồ quang. Hồ quang dập trong môi trường SF6 rất đảm bảo(bởi vì ngay cả ở điều kiện áp suất thường hồ quang cũng đã tắt nhanh trong môi trường khí SF6).

Hình 1-7: Các biện pháp nhân tạo dập tắt hồ quang thường dùng

  1. a) chia hồ quang thành nhiều đoạn; b) dập hồ quang trong khe hẹp buồng dập;
c,d) di chuyển hồ quang trong từ trường; e) dập hồ quang trong dầu

Collection Navigation

Content actions

Download:

Collection as:

EPUB (?)

What is an EPUB file?

EPUB is an electronic book format that can be read on a variety of mobile devices.

Downloading to a reading device

For detailed instructions on how to download this content's EPUB to your specific device, click the "(?)" link.

| More downloads ...

Module as:

PDF | More downloads ...

Add:

Collection to:

My Favorites (?)

'My Favorites' is a special kind of lens which you can use to bookmark modules and collections. 'My Favorites' can only be seen by you, and collections saved in 'My Favorites' can remember the last module you were on. You need an account to use 'My Favorites'.

| A lens I own (?)

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

| External bookmarks

Module to:

My Favorites (?)

'My Favorites' is a special kind of lens which you can use to bookmark modules and collections. 'My Favorites' can only be seen by you, and collections saved in 'My Favorites' can remember the last module you were on. You need an account to use 'My Favorites'.

| A lens I own (?)

Definition of a lens

Lenses

A lens is a custom view of the content in the repository. You can think of it as a fancy kind of list that will let you see content through the eyes of organizations and people you trust.

What is in a lens?

Lens makers point to materials (modules and collections), creating a guide that includes their own comments and descriptive tags about the content.

Who can create a lens?

Any individual member, a community, or a respected organization.

What are tags? tag icon

Tags are descriptors added by lens makers to help label content, attaching a vocabulary that is meaningful in the context of the lens.

| External bookmarks