Máy Cắt điện (Cấu Tạo Và Nguyên Lý)

1/ Máy cắt điện là gì?

Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt điện áp cao ngay khi có dòng điện phụ tải hoặc dòng điện ngấn mạch chạy qua. Ngoài khả năng đóng cắt máy cắt điện bằng tay, bao giờ đi kèm với nó, cũng có một mạch điện điều khiển khiến cho máy có thể tự động cắt dòng được ngắn mạch đường dây. Vì vậy máy cắt điện không những là một thiết bị đóng cắt thông thường mà còn ĩà thiết bị bảo vệ đường dây khi bị ngắn mạch. Khi đóng cắt mạch điện áp cao hồ quang sinh ra ở các tiếp điểm rất lớn, mặc dầu công suất đóng cắt rất nhỏ. Do đó vấn đề kỹ thuật chủ yếu cần giải quyết trong máy cắt điện là việc dập tắt hồ quang ở các tiếp điểm.

2/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2.1/ Máy ít dầu

Là loại máy cắt có thiết bị dập hồ quang đặc biệt, nên có thể giảm bớt khôi lượng dầu chứa trong thùng. Hình 3.5a chỉ một trong những nguyên lý dập hồ quang củạ loại máy cắt ít dầu.

Thùng dầu hình trụ làm bằng thép. Bên trong có buồng dập tắt hồ quang, nó là một khe ngang được ngăn cách bằng các tường cách điện 4. Thanh tiếp điểm 2 di chuyển lên xuống đến tiếp xúc với tiếp điểm 1. Máy cắt ở vị trí đóng, tiếp điểm động mở hai tấm chắn 3 và tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh 1. Lúc cắt, hồ quang sinh ra giữa tiếp điểm động 2 và tiếp điểm tĩnh 1, nó tạo ra bọt khí và tăng áp lực cho buồng dầu dưới. Khi tiếp điểm 2 rời khỏi buồng dưới, tấm chắn 3 nhờ lò xo sẽ kéo khép lại, hồ quang bây giờ được duy trì từ 1 qua 3 đến 2. Do áp lực buồng dưới lớn, dầu được thổi mạnh qua khe ngang làm cho hồ quang kéo dài ra và nhanh chóng dập tắt. Dầu trong loại máy cắt này chỉ dùng làm môi trường dập tắt hồ quang, chứ không làm nhiệm vụ cách điện với vỏ như máy cắt nhiều dầu. Một đầu ra của loại máy cắt này nốì trực tiếp đến nắp thùng.

Loại máy cắt ít dầu có ưu điểm là kích thước nhỏ, lượng dầu ít, vấn đề nổ và cháy đỡ nguy hiểm hơn loại nhiều dầu.

2.2/ Máy nhiều dầu

Hình bên dưới trình bày sơ đồ nguyên lý loại máy cắt nhiều dầu. Trong thùng 1 có chứa dầu khoáng vật. Các sứ xuyên 2 được giữ chặt trên nắp thùng, đầu cuối của nó có gắn tiếp điểm tĩnh 3, tiếp điểm này liên lạc với thanh kim loại xuyên trong lòng sứ 2 dẫn ra cực bên ngoài. Tiếp điểm động 4 là thanh kim có gắn với cầu cách điện 5, có thể di động lên xuống được nhờ cơ cấu truyền động 6. Hệ thông mang cần tiếp điểm động còn được kéó xuống phía dưới nhờ lò xo 7 và trọng lượng của bản thân nó.

Ở vị trí đóng, tiếp điểm động tiếp xúc với các tiếp điểm tĩnh nhờ khóa giữ cơ khí của bộ truyền động. Khi khóa mở tiếp điểm động rơi xuống cắt mạch điện ở hai chỗ, dòng điện chạy qua tiếp điểm bị cắt sẽ sinh hồ quang. Do nhiệt độ hồ quang cao, dầu chung quanh nó bị phân tích và bôc hơi tạo thành những bọt khí mà trong đó hyđrô chiếm đến 70%. Hyđrô là môi trường dập tắt hồ quang tốt vì nó hâp thụ nhiều nhiệt lượng của hồ quang và là chất điện môi khá bền vững.. Mặt khác, sau mỗi nửa chu kỳ dòng điện xoay chiều sẽ qua trị sô” không, hồ quang tự nhiên dập tắt. Nhưng vì trong thời gian tồn tại hồ quang giữa các tiếp điểm đã có số lượng ion hóa, nên khi điện áp nửa chu kỳ sau tăng lên đạt đến trị số phóng điện, thì hồ quang lại phát sinh. Hiện tượng này tiếp diễn trong thời gian rất ngắn cho đến khi khoảng cách giữa các tiếp điểm đủ lớn, để điện áp đặt lên nó nhỏ hơn điện áp phóng điện, thì hồ quang vĩnh viễn dập tắt.

Nhược điểm của loại máy cắt nhiều dầu là không có thiết bị dập hồ quang đặc biệt, sô” lượng khí tạo ra trong thùng dầu khá lớn, gây nên áp lực mạnh ở tường và nắp thùng, do đó dễ nổ, dễ vỡ thùng dầu. Cho nên máy cắt điện phải đặt trong phòng chống nổ. Mức độ đảm bảo về an toàn trong lúc vận hành kém. Hình dáng của loại máy cắt như hình 3.4b.

Loại máy cắt điện này dùng ở các trạm phát điện công suất nhỏ, các trạm biến áp xí nghiệp mà điện áp làm việc không quá 10KV

3/ Hướng dẫn sử dụng

Máy cắt điện không khí dùng luồng không khí nén để thổi tắt hồ quang. Do không cần thời gian để tạo ra sản phẩm khí như ở máy cắt dầu, nên quá trình dập tắt hồ quang rất nhanh, và nó thuộc vào máy cắt tác động nhanh. Thời gian cắt của máy cắt không khí vào khoảng 0,05 – 0,07s, ứng với công suất cắt 15.000 MVA. Máy cắt không khí có thể chế tạo kèm với bộ phận cách ly, hoặc cũng có thể không có bộ phận này.

Khuyết điểm chính của máy cắt không khí là đòi hỏi hệ thông nén khí để cấp dòng không khí nén đi vào ngăn dập hồ quang, áp suất tới 8-20 atm và để đưa vào kênh đóng và cắt.

Hình 3.6 là sơ đồ nguyên tắc cấu tạo và điều khiển máy cắt không khí không có đầu cách ly. Ngăn dập hồ quang 6 đặt ở phần trên, còn ngăn truyền động 1 đặt ở phần dưới của máy cắt. Khí nén dùng để cắt đi qua van K2 vào ngăn dập hồ quang, và đẩy píttông truyền động 2 đi xuống phía dưới. Lúc đó, đầu tiếp xúc động 7 rời khỏi đầu đĩnh 8, làm xuất hiện hồ quang. Một luồng khí mạch sẽ phụt qua lỗ của đầu 8, lên nắp qui lát 10 và thoát ra ngoài qua lỗ 11, làm tắt hồ quang.

Để đóng cắt, ta mở van 1 để đưa luồng khí vào ngăn truyền động 1. Píttông 2 được đẩy lên phía trên. Mạch điện sẽ được nối liền theo trình tự: cực 9, nắp 12, đầu tĩnh 8, đầu động 7, đầu trượt 5, đầu tĩnh 3 và cực bắt dây 4. Các tiếp điểm phụ 13 và 14 để báo vị trí đóng/cắt của máy cắt, đồng thời để ngắt dòng được vào cuộn cắt CC và cuộn đóng CĐ. Các nút c và Đ để cắt và đóng, máy cắt từ xa.