Chơng XI:Thiết bị điện cao áp
XI.1.Sứ cách điện và thanh cái.
XI.1.1.Sứ cách điện.
Sứ có tác dụng làm giá đỡ các bộ phận mang điện và làm vật liệu cách
điện các bộ phận đó với đất. Do đó, sứ phải có đủ độ bền chịu đợc lực điện động
do dòng ngắn mạch gây ra, đồng thời phải chịu đợc điện áp của mạng kể cả lúc
quá điện áp.
Sứ thờng đợc chia làm hai loại chính:
- Sứ đỡ hay treo: Dùng đỡ hay treo thanh cái, dây dẫn, các bộ phận mang
điện trong thiết bị điện.
- Sứ xuyên: Dùng để dẫn thanh cái hoặc dây dẫn xuyên qua tờng hoặc nhà.
Theo vị trí sử dụng có thể phân ra sứ dùng trong trạm, dùng cho đờng dây
và dùng cho các thiết bị.
Theo hoàn cảnh làm việc có thể phân ra sứ dùng trong nhà và sứ dùng
ngoài trời.
Tuỳ theo chất lợng của vật liệu làm sứ, mỗi loại sứ chịu đợc một lực phá
hỏng F
ph
khác nhau. Lực cho phép F
ch
tác dụng nên sứ đợc quy định nh sau:
F
cp
= 0,6.F
ph
;
Tải trọng xấu nhất đối với sứ là tải trọng tạo nên mô men uốn lớn nhất đối
với vị trí đỡ thanh dẫn.
Các sứ xuyên, sứ đầu ra đờng dây đợc chọn và kiểm tra theo tác dụng của
lực điện động và tác dụng nhiệt của dòng ngắn mạch. Kiểm tra tác dụng nhiệt
của dòng ngắn mạch đợc thực hiện ở phần dẫn điện của sứ. Khi chọn và kiểm tra

góp phân đoạn, nối đờng dây .
Dao cách ly không có thiết bị dập hồ quang lên không cho phép ngắt dòng
điện tải cũng nh dòng ngắn mạch.
Dao cách ly đợc chế tạo với các cấp điện áp khác nhau và dòng định mức
khác nhau. Một cực hoặc 3 cực; theo loại thiết bị để ngoài trời hoặc trong nhà,
theo khả năng điều khiển: bằng tay hoặc nguồn năng lợng bên ngoài; theo đặc
tính của thiết bị: lỡi dao trạng thái đứng hay nằm ngang; một sứ hai sứ hay ba
sứ .
Dao cách ly ba cực đợc chế tạo với sự bố trí tất cả các cực trên một khung
chung hoặc mỗi cực trên một khung riêng. Trong trờng hợp sau, các cực cùng
nối với một trục quay hoặc thanh kéo để đồng thời đóng hoặc cắt cả ba cực. Th-
ờng dao cách ly ba cực bố trí trên một khung chung đợc sử dụng ở điện áp không
lớn hơn 35kV.
Dao cách ly cần phải chịu dòng định mức lâu dài, dòng quá tải ngắn và
dòng ngắn mạch mà nhiệt độ phát nóng không vợt quá nhiệt độ cho phép. Ngoài
ra còn phải đủ độ bền nhiệt và điện động.
Dao cách ly còn có dòng định mức để giảm bớt phát nóng tiếp điểm, lỡi
dao không phải là một hay hai tấm song song, mà là bốn hay tám tấm tiết diện
hình chữ nhật, hình chữ C hoặc hình tròn. Để đảm bảo cho tiếp điểm chịu đợc
dòng điệ lớn mà không hàn dính với nhau, cũng nh để lỡi không văng ra do lực
điện động cần phái lực lén vào tiếp điểm lớn và một trong số trờng hợp phải tăng
tiết diện của dao. Tuy nhiên việc tăng lực nén dẫn đến phải tăng lực đóng và cắt,
vì vậy với dao cách ly có dòng ngắn mạch chảy qua rất lớn cần phải sử dụng các
biên pháp khác nhau để tăng lực nén, ví dụ dùng khoá hãm điện từ hoặc cơ khí.
172
XI.2.1.2.Phân loại cầu dao cách ly
Dao cách ly có hai loại chủ yếu:
- Dao cách ly đặt trong nhà: Dao cách ly đặt trong nhà có thể một pha hay
ba pha, dao cách ly ba pha có thể có một khung đỡ chung hay ba khung đỡ riêng
cho từng pha.

7- Tiếp điểm nối đất;
8- Tiếp điểm nối đất;
9- Điểm nối đất;
10- sứ dẫn động.
173
CDCL
Hình XI-1.
XI.2.1.4.Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly
Dao cách ly đợc chọn theo các điều kiện định mức, chúng đợc kiểm tra
theo các điều kiện lực điện động và ổn định nhiệt.
Điều kiện chọn kiểm tra đợc cho trong bảng XI-1.
Bảng XI-1.
Thứ tự Đại lợng chọn và kiểm tra Công thức tính toán
1
2
3
Điện áp định U
đm.cd
, kV
Dòng điện định mức I
đm.cd
, A
Dòng ổn định trong thời gian I
ô.đn
, A
U
đm.cd
U
đm.mạng
I

4- Cát để dập hồ quang
5- Dây chảy cầu chì
6- Viên thiếc nối hai
phần của dây chảy làm tăng
độ nhạy của cầu chì
174
CCCA
Hình XI-3:
Cầu chì loại

K
a) Dạng chung
Cầu chì dòng điện lớn hơn 7,5A
Cầu chì dòng điện bé hơn 7,5A
XI.2.2.3.Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý làm việc của cầu chì ở điện áp này giống nh ở cầu chì có cấp
điện áp thấp (cầu chì hạ áp). Nhng đối với cầu chì cao áp dây chảy thờng làm
bằng đồng hoặc nhôm, chúng có nhiệt độ nóng chảy cao, điện trở suất nhỏ, cho
nên tiết diện nhỏ rất tiện lợi cho việc dập hồ quang.
XI.2.2.4.Lựa chọn và kiểm tra cầu chì
Cầu chì đợc chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức (hay công
suất cắt định mức). Ngoài ra cần chú ý vị trí đặt cầu chì (trong nhà hay ngoài
trời).
Cầu chì đợc chọn và kiểm tra theo các điều kiện cho trong bảng XI-2.
Bảng XI-2.
Thứ tự Đại lợng kiểm tra Công thức tính toán
1
2
3
Điện áp định mức U

,,
- Công suất ngắn mạch siêu quá độ ban đầu.
I
,,
- là giá trị hiệu dụng ban đầu của thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch.
XI.3.Máy cắt dầu
Ký hiệu:
XI.3.1.Chức năng và phân loại máy cắt
Máy cắt điện cao áp dùng để đóng cắt mạch khi có dòng phụ tải và cả khi
có dòng ngắn mạch. Yêu cầu đối với chúng là phải cắt nhanh, khi đóng cắt
không gây nổ hoặc cháy, kích thớc gọn nhẹ, giá thành hạ. Trong máy cắt cao áp
vấn đề dập tắt hồ quang khi ngắn mạch hết sức quan trọng. Chính vì vậy ngời ta
thờng căn cứ vào phơng pháp dập tắt hồ quang để phân loại máy cắt.
- Máy cắt nhiều dầu: Dầu vừa là chất cách điện, đồng thời vừa sinh khí để
dập tắt hồ quang.
- Máy cắt ít dầu: Lợng dầu chỉ đủ sinh khí để dập tắt hồ quang còn cách
điện là chất rắn.
- Máy cắt tự sinh khí: Dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí dới
tác dụng bởi nhiệt độ cao của hồ quang.
- Máy cắt điện từ: Hồ quang đợc dập tắt trong khe hẹp làm bằng vật liệu
rắn chịu đợc hồ quang. Lực điện từ sẽ đẩy hồ quang vào khe hẹp.
- Máy cắt chân không: Hồ quang đợc dập tắt trong môi trờng chân không.
175
- Máy cắt phụ tải: Chỉ dùng để cắt phụ tải, không cắt đợc dòng ngắn mạch.
Hồ quang đợc dập tắt bằng khí sinh từ vật liệu rắn tự sinh khí dới tác dụng nhiệt
độ cao của hồ quang.
Các thông số chính của máy cắt bao gồm: Điện áp định mức U
đm
, dòng
điện định mức I

Trong máy cắt cả ba pha
đặt trong một thùng thì giữa các pha
đặt tấm ngăn cách điện để
tăng cờng cách điện giữa các pha,
ngăn ngừa hồ quang giữa các pha ttràn sang nhau.
Nắp thùng 3 đợc đúc bằng gang không từ tính đối với điện ấp 35kV trở lại,
còn điện áp 110kV thì làm bằng thép, thùng và nắp đợc nối đất đẻ đảm bảo an
toàn.
Sứ xuyên 4 đợc đặt nghiêng để tăng khoảg cách giữa các phần mang điện
trong không khí. Lõi của sứ xuyên chính là thanh tiếp xúc cố định 7, còn đầu
tiếp xúc động 8 gắn với bộ truyền động. Máy cắt đóng và cắt nhờ lò xo 5,trục
truyền 6. Khi đóng tác động vào trục truyền 6, kéo đầu tiếp xúc đứng lên, lò xo 5
bị nén khi máy cắt ở trạng thái đóng. Quá trình cắt đợc thực hiện bằng tay hay tự
động. Khi chốt đợc thả lỏng dới tác dụng của lực nén lò xo 5, đầu tiếp xúc động
176
Hình XI-4
8 đợc nhanh chóng hạ xuống. Khi đó hồ quang xuất hiện nhng bị cắt ngay bởi
hạt khí và hơi dầu áp xuất cao.
Cơ cấu vít 19, 11 dùng để giữ chặt nắp và thùng dầu của máy cắt. Đối với
máy cắt dầu cần lu ý tới mức dầu. Nếu mức dầu thấp quá thì khí bay nên khoảng
trống phía trên do cha đợc làm mát đầy đủ nhng nếu mức dầu quá cao, áp lực
trong thùng rất lớn có thể gây nổ. Mức dầu hợp lý là sao cho khoảng trống phía
trên chiếm khoảng 20 ữ35% thể tích thùng.
Máy cắt dầu đợc mô tả ở trên có nhợc điểm là kích thớc to, thời gian cắt
lớn nên chỉ dùng cho điện áp 10kV trở lại.
5.4.3 Máy cắt ít dầu
Trong máy cắt ít dầu chỉ làm nhiệm vụ dập tắt hồ quang lên số lợng dầu
ít , vì thế chúng có cấu tạo gọ nhẹ chắc chắn và an toàn. Trong máy cắt ít dầu
nhất thiết phải có buồng dập tắt hồ quang ở dạng thổi ngang. Các loại cấu tạo
của máy ngắt ít dầu giới thiệu trên hình (H 2c- 11a,b,c) là máy cắt kiểu treo th-

U
đm.m
, I
đm.MC
I
cb
, I
đm.cắt
I
N
, S
đm.cắt
S
N
Trong đó:
I
cb
- dòng cỡng bức qua máy cắt
177
I
N
- dòng ngắn mạch
U
đm.M
- điện áp định mức của mạng
S
N
- Công suất ngắn mạch
5.5 Tủ điện cao áp
5.5.1 Khái niệm

không TT loại TH- 2 và rơle dòng điện loại T- 551/60
178
Bảo vệ làm viêc nh sau: Khi có chạm đất một pha, dòng điện trong các
pha mất đối xứng, do đó trong lõi thép của biến dòng thứ tự không TT xuất hiện
từ thông và trong cuộn dây thứ cấp cảm ứng sức điện đông và tạo ra dòng điện
chạy qua rơle T, rơle T tác động đóng tiếp điểm cuả nó trong mạch rơle trung
gian P, rơle P tác động đóng tiếp điểm trong mạch cuộn cắt 0 của bộ
truyền động, do đó máy cắt B đợc cắt, rơle P cũng đóng mạch cho rơle chỉ thị
PY, rơle PY tác động và đóng tiếp điểm của mạch đèn Ab, đèn này sáng chứng
tỏ có chạm đất.
Nhờ có rơle điện áp cực đại PMH mà sơ đồ còn thực hiện đợc chức năng
bảo vệ kép khỏi chạm đất một pha. Cuộn dây của rơle PMH qua cầu chì P đấu
vào cuộn tam giác hở của cuộn biến áp ba pha năm trụ HTMI/I- 6. Bình thờng
rơle không có điện, khi có chạm đất điện áp đặt vào rơle bằng 3U
0
do đó rơle tác
động và đóng tiếp điểm trong mạch rơle trung gian P.
Bảo vệ khỏi mất điện hoặc điện áp thấp nhờ rơle cực tiểu lắp đặt ở trong
bộ truyền động của máy cắt. Đo điện áp và kiểm tra tình trạng cách điện nhờ bộ
chuyển mạch B và vôn mét V.
179

9
19

10

8

6

2
V

P Wh1

Wh2

P
PMH
PMH
P
T
P
R
PS
KP
AM
BK1
B
K1
KBG
B
P
K
KBG
C1
C2
A
KBG
KBG
K
py
G
C
pH
ky
H1

Các tủ KPH- 6B gồm các loại:
- Đầu vào cho trạm phân phối cao áp 6(10)kV cố định và di động
- Tủ tiếp điện để đấu phụ tải điện vào đờng dây di động 6(10)kV hoặc để
làm tủ khởi hành cho trạm phân phối.
- Tủ đo điện áp và kiểm tra cách điện của trạm phân phối công trờng.
- Tủ biệt lập để phân đoạn đờng dây trên không 6(10)kV
- Tủ biệt lập để đấu đ]ờng dây trên không và đấu cáp ra
Tủ biệt lập để đấu đờng dây trên không vào và ra.
Trên hình XI-6 là sơ đồ nguyên lý của tủ cao áp KBH- 6B.
180
3) Tủ cao áp dùng trong mỏ hầm lò
* Trong mỏ hầm lò đợc chế tạo theo hình thức phòng nổ và chủ yếu gồm
hai bộ phận: Bộ phận cố định để đa điện áp vào tủ và bộ phân động (hay phần
kéo ra đợc) trên đó lắp máy cắt, tiếp điểm động của cầu dao cách ly dạng phích
cắm, bộ truyền động của máy cắt, thiết bị để nâng và hạ thùng dầu của máy cắt,
các thiết bị đo lờng ,bảo vệ
* Để tránh phát sinh tia lửa, hồ quang điện (ngoài vỏ phòng nổ) khi vận
hành tủ không đúng đắn, trong tủ thờng bố trí các hình thức khoá liên động để
không cho phép đóng máy cắt khi thùng dầu đã đợc hạ xuống, cũng nh không
cho phép kéo phần động ra khi máy cắt còn đóng hoặc thùng dầu đã đợc hạ
xuống. Cũng nhờ có các hình thức khoá liên động mà ngăn không cho hạ thùng
dầu, tháo nắp tủ nếu nh phần động cha đợc đẩy vào vị trí đúng.
* Các tủ phòng nổ điện áp 3 và 6kV tuỳ theo phơng pháp điều khiển đợc
chế tạo thành hai loại:
- Truyền động tại chỗ nhờ bộ truyền động bằng tay, loại này có ký hiệu
YPBM- 6/3.
181
6kV
Đấu vào đờng dây 6kV
PB- 6/400

Mỗi tủ có thể sử dụng một tủ đơn có một hộp đấu cáp và một nắp đậy
hoạc hai hộp đấu cáp, cũng nh có thể sử dụng để tổ hợp trở thành trạm phân phối
với một hộp nối và một nắp đậy.
182
HìnhXI-7:
Sơ đồ nguyên lý tủ khởi hành loại YPBM- 6/3
a) Không mắc sun rơle cực đại
b) Có mắc sun rơle cực đại
A
A
V
V
KP
KP

P

P
TH
P1
TT
TT
P1
PM1
PM2
MK2
BM
NK1
K
MK1

PH
KB
P
1
Tủ có thể dùng trong mạng 6kV hoặc 3kV nhờ cầu nối để đổi nối giữa hai
nửa của cuộn dây rơle điện áp thành đấu nối tiếp hoặc song song.
Sơ đồ nguyên lý của tủ đợc trình bày trên hình XI-7
Khi tác động lên bộ truyền động bằng tay để đóng máy cắt thì đồng thời
nút KB cũng đợc ấn, do đó rơle trung gian P có điện và tụ C đợc nạp. Rơle P
tác động và đợc duy trì cung cấp nhờ tiếp điểm tự duy trì P
1
, các tiếp điểm P
2
,
P
3
mắc sun rơle cực đạivà ampemét. Tụ C đợc nạp qua mạch có tiếp điểm P
1
,
chỉnh lu B, vì vậy rơle PBW không tác động. Khi tụ C đợc nạp đầy, nó sẽ phóng
qua cuộn dây rơle thời gian PBW. Rơle PBW mở tiếp điểm trong mạch rơle P
khi kết thúc quá trình mở máy, do đó ngừng mắc sun bảo vệ cực đại và ampemét.
Điện dung của tụ và các thông số của mạch nạp (điện trở R
1
) đợc chọn sao
cho thời gian mắc sun bằng 5 ữ 8s.
Các tủ cao áp điều khiển từ xa PBA- 6 đợc chế tạo thành hai loại: Tủ phi
đe (PBA- 6) và tủ đầu vào (PBA- 6B).
Tủ phi đe PBA- 6 cũng gồm những phần tử nh tủ YPBM- 6/3, ngoài ra
còn những phần tử cần cho việc điều khiển từ xa. Trong loại tủ PBA- 6 còn

cho việc đấu động cơ M (qua P2-1, P2-2) và rơle (qua P2-3).
Đóng tủ: Khi ấn nút điều khiển từ xa K B, trong mạch I rơle P đóng,
tiếp điểm PY-I của nó mở để cắt điện trở sun R
2
, còn khối tiếp điểm PY-2 đấu
183
rơle điện áp PH và tiếp điểm PY- 3 mở, do đó rơle P2 chỉ còn bị khoá bởi chín
tiếp điểm P2-4 của mình. Rơle PH mở tiếp điểm PH-1 để ngăn khả năng đóng
cuộn cắt CO sau khi tiếp điểm KCA đóng tất cả các tiếp điểm KCA đợc điều
khiển nhờ trục của máy cắt BMb), tiếp điểm PH-2 đóng rơle P1. Rơle P1 tác
động, đóng tiếp điểm tự duy trì P1-1, tiếp điểm P1-2 đóng động cơ M, tiếp
điểm P1-3; P1-4 mắc sun các rơle cực đại PM
1
và tiếp điểm P1-5 đấu đèn
tín hiệu H gắn trên tủ để thông báo bắt đầu quá trình đóng, tiếp điểm P1-6 cắt
rơle thời gian PB. Động cơ M làm việc, kéo lò xo để đóng máy cắt (sau 2ữ3s từ
khi động cơ bắt đầu quay), hệ thống đóng này không vẽ trên sơ đồ.
Máy cắt BMb đóng, tiếp điểm KCA- 1 đóng, chuẩn bị cho việc cắt máy
cắt nhờ cuộn cắt CO, tiếp điểm KCA-2 cắt động cơ M vì quá trình đóng đã kết
thúc, KCA-5 cắt rơle P2 để không ngăn cản việc cắt rơle P1 sau này, KCA-6
đóng đèn tín hiệu B ở trạm điều khiển, đèn này thông báo máy cắt đã đóng,
đồng thời cũng thông báo máy cắt không cắt đợc. Các tiếp điểm KCA-3, KCA-4
đợc dùng trong các sơ đồ đóng tự động tủ PB .
Rơle thời gian PB sau khi bị cắt khỏi nguồn vẫn còn tiếp tục cung cấp điện
6ữ 10s nhờ tụ C
1
phóng điện cho nó,sau đó PB cắt và cắt rơle P1.
Cắt tủ: Cắt từ xa bằng cách ấn lên nút K O ở trạm điều khiển, kết quả là
cắt rơle PY và sơ đồ trở lại trạng thái ban đầu.
Việc sử dụng bộ đóng ngắn mạch làm thiết bị nối mạch cho bảo vệ bPY

đ.tủ
- điện áp định mức của tủ
U
đ.tb
- điện áp định mức trung bình
I
c.tủ
- dòng cắt giới hạn của tủ
( )
3
max.nm
I
- dòng ngắn mạch ba pha lớn nhất, thờng tính khi ngắn mạch xảy
ra trên đầu ra của tủ.
Dòng chỉnh định bảo vệ cực đại của tủ bảo vệ đầu vào và tủ phi đe đợc tính:
I
cđ
= K
cc
( I
m.max
+

d
I
)
184
Trong đó:
K
cc

Nếu là động cơ rôto dây quấn thì có thể lấy I
mđ
= (1,5 ữ2).I
đ.đc
.
Đối với tủ dùng để đóng điện cho máy biến áp, ngoài ra còn cần phải kiểm
tra theo khả năng cắt dòng khi ngắn mạch xảy ra ở cực thứ cấp máy biến áp. Lý
do nh vậy là vì đoạn cáp 380V hoặc 660V nối giữa cực máy biến áp với máy
ngắt tự động chỉ đợc bảo vệ nhờ rơle cực đại trong tủ cao áp.
Theo luật an toàn thì việc bảo vệ đoạn cáp này thoả mãn nếu:
( )
K
ba
cd
nm
I
I
.
2
K
n
Trong đó:
( )
I
nm
2
- dòng ngắn mạch 2 pha xảy ra ở cuối đoạn cáp này
K
n
- hệ số nhạy, lấy bằng 1,5 nếu đoạn cáp là cáp mềm không có màn