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.

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 các mạch điện 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 lớn sẽ không thể có dao động tuần hoàn được.

Trong mạch điện xoay chiều

Nếu hồ quang điện được dập tắt vĩnh viễn thì quá trình phục hồi điện áp có dạng biến thiên với tần số có dạng 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.

tần số điện áp nguồn

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 (φ ≈ 90°) thường xảy ra khi ngắn mạch.
  • Ngắt mạch thuần điện trở (φ ≈ 0°).

Trên hình a dưới đây biểu diễn trường hợp phụ tải thuần điện cảm (φ ≈ 90°) điện áp phục hồi không tuần hoàn, kết quả là: Uph max  <  Emax .

Hình b điện áp phục hồi dao động tuần hoàn và trên thực tế Uph max  ≤  2Emax .

Trên hình c là trường hợp phụ tải điện trở (φ ≈ 0°), khi đó dòng điện và suất 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 cosφ thấp (cosφ ≤ 0.2).

Trên hình d biểu diễn điện áp phục hồi khi ngắt mạch đường dây không tải.

các đường đặc tính điện áp phục hồi

Năng lượng hồ quang

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: 

năng lượng hồ quang dòng 1 chiều

Từ phương trình ta thấy rằng toàn bộ năng lượng L.I²/2 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.

Dòng điện xoay chiều

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

năng lượng hồ quang dòng xoay chiều

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 công suất.

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

Công thức quy 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 quy ước theo công thức sau:

công suất ngắt

hệ số C

Trong đó:

  • C: đặc trưng cho ba pha.
  • Uđmfa là điện áp định mức pha (giá trị hiệu dụng).
  • Uđmdây là điện áp định mức dây (giá trị hiệu dụng).
  • Ingắt đm là giá trị hiệu dụng dòng điện ngắt định mức của thiết bị đóng mở mạch [kA].

Ingắt đm 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 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.
___________________________________
Bộ tài liệu Thiết kế điện hợp chuẩn – Bạn đã có ???
Tham khảo ngay

Quá trình phục hồi điện áp của hồ quang điện
5 (100%) 2 votes