Giáo trình Lý thuyết trang bị điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ CĐ/TC): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

Giáo trình Lý thuyết trang bị điện phần 1 đề cập đến khí cụ điện là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống cung cấp điện cũng như trong các máy sản xuất. Phần này giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách lựa chọn thiết bị. Mời các bạn cùng tham khảo!

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC:

LÝ THUYẾT TRANG BỊ ĐIỆN

NGHỀ : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ : TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG

(Ban hành theo Quyết định số: 630/QĐ-CĐN, ngày 05 tháng 04 năm 2022

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang)

An Giang, Năm ban hành: 2022

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình lý thuyết Trang bị điện gồm hai phần:

Phần thứ nhất đề cập đến khí cụ điện là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống cung cấp điện cũng như trong các máy sản xuất Phần này giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách lựa chọn thiết bị

Phần thứ hai trình bày chủ yếu về các mạch máy điện thông dụng và Trang

bị điện của các mấy cắt gọt kim loại như máy khoan, máy tiện, máy mài, máy doa, máy phay

Giáo trình được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu học tập của học sinh- sinh viên nghề điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng nghề An Giang

Việc biên soạn giáo trình không thể tránh các thiếu sót cần thiết, mong được

sự góp ý từ các đồng nghiệp và học sinh sinh viên

An Giang, ngày tháng năm 20

Tham gia biên soạn

Lương Hoàng Vĩnh Thuận

I Khái niệm về khí cụ điện 5

II Sự phát nóng của khí cụ điện 6 III.Tiếp xúc điện - Hồ quang 6

III Rơ le trung gian và rơ le tốc độ 52

II Điều chỉnh tốc động động cơ một chiều kích từ độc lập 66

3

III Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 80

II Tự động khống chế ĐKB roto lồng sóc 94 III Tự động khống chế ĐKB roto dây quấn 104

IV Tự động khống chế động cơ điện một chiều 108

V Vấn đề bảo vệ và liên động trong TĐKC- TĐĐ 111

I Trang bị điện cho máy cắt gọt kim loại 116

II Trang bị điện cho cơ cấu sản xuất 134

4

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: LÝ THUYẾT TRANG BỊ ĐIỆN

Mã môn học: MH24

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Vị trí: Môn học này cần phải học sau khi đã học xong các Môn học cơ sở

và nên học sau Môn học Máy điện, Cung cấp điện

- Tính chất: Trang bị cho người học kiến thức về các loại khí cụ điện, các

mạch máy điện điều khiển động cơ thông dụng và một số mạch điện của các loại máy sản xuất

- Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: giúp người học nhận biết được

công dụng và lựa chọn các loại khí cụ điện thông dụng trong công nghiệp Đọc và phân tích sơ đồ mạch điện của các loại máy điện

Mục tiêu của môn học/mô đun:

- Về kiến thức:

 Nhận dạng và phân loại khí cụ điện

 Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện

 Lựa chọn các loại khí cụ điện đúng yêu cần kỹ thuật

 Sử dụng thành thạo các loại khí cụ điện

-Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

 Cẩn thận, chính xác, nghiêm túc, thực hiện đúng quy trình

 Ứng dụng kiến thức đã học vào trong thực tế

5

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN

Giới thiệu: Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện dân dụng

và công nghiệp Tùy theo loại mà dùng với nhiều mục đích khác nhau với nhiều

công dụng khác nhau

Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được khái niệm về khí cụ điện;

- Phân loại được các loại khí cụ điện thường được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện

- Giải thích được các hiện tượng của khí cụ điện trong quá trình làm việc

I Khái niệm về khí cụ điện:

1 Khái niệm về khí cụ điện:

Khí cụ điện (KCĐ) là những thiết bị dùng để đóng ngắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong các trường hợp sự cố Khí cụ điện có nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích thước khác nhau, được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống

2 Công dụng của khí cụ điện:

Khí cụ dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp và dòng điện dùng để dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đổi, dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện, dùng để đo lường

3 Phân loại khí cụ điện:

Khí cụ điện thường được phân loại theo chức năng, theo nguyên lý và môi trường làm việc, theo điện áp

a Theo chức năng KCĐ được chia thành những nhóm chính như sau:

- Nhóm khí cụ đóng cắt: Chức năng chính của nhóm KC này là đóng cắt bằng tay hoặc tự động các mạch điện Thuộc về nhóm này có: Cầu dao, áptômát, máy cắt, dao cách ly, các bộ chuyển đổi nguồn…

- Nhóm KC hạn chế dòng điện, điện áp: Chức năng của nhóm này là hạn chế dòng điện, điện áp trong mạch không quá cao Thuộc về nhóm này gồm có: Kháng điện, van chống sét…

- Nhóm KC khởi động, điều khiển: Nhóm này gồm các bộ khởi động, khống chế, công tắc tơ, khởi động từ…

- Nhóm KC kiểm tra theo dõi: Nhóm này có chức năng kiểm tra, theo dõi sự làm việc của các đối tượng và biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện Thuộc nhóm này: Các rơle, các bộ cảm biến…

6

- Nhóm KC tự động Đ/C, khống chế duy trì chế độ làm việc, các tham số của đối tượng các bộ ổn định điện áp, ổn định tốc độ, ổn định nhiệt độ…

- Nhóm KC biến đổi dòng điện, điện áp cho các dụng cụ đo: Các máy biến

áp đo lường, biến dòng đo lường…

b Theo nguyên lý làm việc KCĐ được chia thành:

- KCĐ làm việc theo nguyên lý điện từ

- KCĐ làm việc theo nguyên lý cảm ứng nhiệt

- KCĐ có tiếp điểm

- KCĐ không có tiếp điểm

c Theo nguồn điện KCĐ được chia thành:

- KCĐ một chiều

- KCĐ xoay chiều

- KCĐ hạ áp (Có điện áp 1000 V)

d Theo điều kiện môi trường, điều kiện bảo vệ KCĐ được chia thành:

- KCĐ làm việc trong nhà, KCĐ làm việc ngoài trời

- KCĐ làm việc trong môi trường dễ cháy, dễ nổ

- KCĐ có vỏ kín, vỏ hở, vỏ bảo vệ…

II Sự phát nóng của khí cụ điện:

- Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của thiết bị điện nói chung và của khí cụ điện nói riêng đều có tổn hao năng lượng và biến thành nhiệt năng

Một phần nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của khí cụ và một phần tỏa ra môi trường xung quanh Ở trạng thái xác lập nhiệt, nhiệt độ của khí cụ không tăng nữa mà ổn định ở một giá trị nào đó, toàn bộ tổn hao cân bằng với nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh Nếu không có sự cân bằng này nhiệt độ của khí cụ sẽ tăng cao làm cho cách điện bị già hoá và độ bền cơ khí của các chi tiết

bị suy giảm và tuổi thọ của khí cụ giảm đi nhanh chóng

Độ tăng nhiệt độ của khí cụ được tính bằng:

τ = θ - θ0 (3-1)

Với: τ là độ tăng nhiệt độ (hay độ chênh nhiệt độ)

θ là nhiệt độ của khí cụ

θ0 là nhiệt độ của môi trường

III Tiếp xúc điện - Hồ quang:

1 Tiếp xúc điện:

Khái niệm:

-Tiếp xúc điện là nơi mà dòng điện đi từ vật dẫn được gọi là tiếp xúc điện

7

Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện

-Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo

-Mối nối tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao

Để đảm các yêu cầu trên, vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu :

- Điện dẫn và nhiệt dẫn cao

- Độ bền chống rỉ trong không khí và trong các khí khác

- Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao

- Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy )

- Đơn giản gia công, giá thành hạ

- Một số vật liệu làm tiếp điểm đồng, nhôm hợp kim của đồng …

Phân loại tiếp xúc điện:

Dựa vào kết cấu tiếp điểm, có các loại tiếp xúc điện sau:

- Tiếp xúc cố định: các tiếp điểm được nối cố định với các chi tiết nối dòng điện như thanh cái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch trong quá trình sử dụng

cả hai tiếp điểm được gắn chặt vào nhau nhờ các bulong, hàn nóng hoặc hàn nguội

- Tiếp xúc đóng mở: Là tiếp xúc để đóng ngắt mạch điện, trong trường hợp này phát sinh hồ quang điện, cần xác định khoảng cách giữa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động dựa vào dòng điện định mức, điện áp định mức và chế độ làm việc của khí cụ điện

- Tiếp xúc trượt: Là tiếp xúc ở cổ góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ phát sinh ra hồ quang điện Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc:

-Vật liệu làm tiếp điểm

-Kim loại làm tiếp điểm không bị oxy hóa

-Lực ép tiếp điểm càng lớn thì sẽ tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc

-Nhiệt độ tiếp điểm càng cao thì điện trở tiếp xúc càng lớn

-Diện tích tiếp xúc

-Thông thường dùng hợp kim làm tiếp điểm

2 Hồ quang điện:

- Khái niệm : Trong các khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện cầu dao,

công tắc tơ, rơle khi chuyển mạch sẽ phát sinh phóng điện

Nếu dòng điện ngắt dưới 0.1A và điện áp tại các tiếp điểm khoảng 250V–300V thì các tiếp điểm sẽ phóng ra điện áp âm ỉ Trường hợp dòng điện và điện

áp cao hơn trị số trong bảng sau sẽ phát sinh hồ quang điện

8

VL- TĐ U(V) I(A) Paratin 17 0.9 Vàng 15 0.378 Bạc 12 0.4 Von

fram

17 0.9

Đồng 12.3 0.43 Than 18.22 0.03 Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang:

Phóng điện hồ quang chỉ xảy ra các dòng điện có trị số lớn

Nhiệt độ trung tâm hồ quang rất lớn và trong các khí cụ có thể đến 6000-

8000 0 K mật độ dòng điện tại catốt lớn ( 104 – 105 ) A/cm2

- Quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện:

Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách giữa chúng nhỏ trong khi điện áp đặt có trị số nhất định Vì vậy trong khoảng không gian này sẽ sinh ra điện trường có cường độ rất lớn ( 3.107V/cm)

Có thể làm bật điện tử catốt gọi là phát xạ tự động điện tử (gọi là phát xạ nguội điện tử) số điện tử càng nhiều, chuyển động dưới tác dụng của điện trường làm ion hóa không khí gây hồ quang điện

Câu hỏi ôn tập:

1 Hãy trình bày công dụng của khí cụ điện?

2 Hãy cho biết tiếp xúc điện là gì? Hồ quang điện là gì?

9

CHƯƠNG 2 - KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT Giới thiệu: Bài này giúp sinh viên nhận biết được công dụng, cách phân

loại, ký hiệu của một số loại khí cụ điện điều khiển bằng tay thông dụng như: cầu dao, công tắc, nút nhấn Đồng thời hình thành thái độ yêu nghề, sự tỉ mỉ của sinh viên

Mục tiêu: sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Nêu được công dụng của các loại khí cụ điện dùng để đóng cắt trong hệ thống điện

- Phân loại được các loại khí cụ dùng để đóng cắt

- Trình bày được cấu tạo của các loại khí cụ dùng để đóng cắt trong hệ thống điện

- Nhận dạng được các loại khí cụ điện dùng để đóng cắt

I Cầu dao:

1 Cấu tạo và phân loại:

a Cấu tạo:

Cầu dao gồm có các phần tiếp

điểm động, tiếp điểm tĩnh, tay nắm

cách điện, đế cách điện và vỏ bảo vệ

b Phân loại: Phân loại cầu dao

dựa vào các yếu tố sau:

- Theo kết cấu: cầu dao được chia

làm loại một cực, hai cực, ba cực

hoặc bốn cực

- Cầu dao có tay nắm ở giữa

hoặc tay ở bên Ngoài ra còn có cầu

dao một ngả, hai ngả được dùng để đảo nguồn cung cấp cho mạch và đảo chiều quay động cơ

- Theo điện áp định mức : 250V, 500V

- Theo dòng điện định mức: dòng điện định mức của cầu dao được cho trước bởi nhà sản xuất (thường là các lọai 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 75A, 100A, 150A, 200A, 350A, 600A, 1000A…)

- Theo vật liệu cách điện: có loại đế sứ, đế nhựa, đế đá

đế cách điện

3 Tính chọn cầu dao:

Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức:

Gọi IBBttBB là dòng điện tính toán của mạch điện

UBBnguồnBB là điện áp nguồn của lưới điện sử dụng

Iđmcầu dao  Itt

Uđmcầu dao  Unguồn

11

4 Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng:

Cầu dao hư hỏng thường là do cũ không tiếp xúc, dẫn điện kém Các lớp vỏ bảo vệ bị hỏng dễ gây ra tai nạn điện khi vô tình chạm phải Một số ít nguyên nhân là do dòng điện trong mạch lớn gây quá tải cho cầu dao

5 Sửa chữa cầu dao:

Cầu dao khi sử dụng lâu ngày sẽ bị bám bẩn, bị hở các tiếp điểm tiếp xúc không chặt Khi muốn thay thế hay bảo dưỡng tuyệt đối phải ngắt nguồn điện vào cầu dao Sau đó mới được tiến hành sửa chữa hoặc thay thế

II Các loại công tắc và nút điều khiển:

1 Công tắc:

a Khái quát và công dụng:

Công tắc là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ và có dòng điện định mức nhỏ hơn 6A Công tắc thường có hộp bảo vệ để tránh sự phóng điện khi đóng mở Điện áp của công tắc nhỏ hơn hay bằng 500V

 Các thông số định mức của công tắc:

- Uđm: điện áp định mức của công tắc

- Iđm: dòng điện định mức của công tắc

- Trị số điện áp định mức của công tắc thường có giá trị  500V

- Trị số dòng điên định mức của công tắc thường có giá trị  6A

Ngoài ra còn có các thông số trong việc thử công tắc như độ bề cơ khí, độ cách điện, độ phóng điện…

 Các yêu cầu thử của công tắc:

Việc kiểm tra chất lượng công tắc phải thử các bước sau:

- Thử xuyên thủng: đặt điện áp 1500V trong thời gian một phút ở các điểm cần cách điện giữa chúng

- Thử cách điện: đo điện trở cách điện < 2M

13

Khái niệm, công dụng

Công tắc đổi nối kiểu hộp (công tắc hộp) là loại KCĐ đóng ngắt dòng điện bằng tay kiểu hộp, dùng để đóng, ngắt, đổi nối không thường xuyên mạch điện

có dòng điệnđến 400A, điện áp 220V một chiều và 380V xoay chiều)

Công tắc đổi nối kiểu hộp thường dùng làm cầu dao tổng cho các máy công

cụ, dùng làm đầu nối, khống chế trong các mạch điện tự động Nó cũng được dùng để mở máy, đảo chiều quay hoặc đổi nối dây quấn stato động cơ từ sao sang tam giác

Khi xoay núm, nhờ hệ thống lò xo xoắn lại sẽ làm xoay trục, chém vào các tiếp điểm tĩnh Lực ép tiếp điểm ở đây nhờ lực đàn hồi của má tiếp điểm động Mỗi pha được ngăn cách với nhau bởi tấm cách điện 6 Các tấm cách điện 3 được làm bằng vật liệu cách điện, mục đích làm cho các tiếp điểm chuyển động

14

3 Công tắc vạn năng:

a Cấu tạo: là công tắc xoay dùng để đóng ngắt điện bằng tay mạch điện

một chiều và xoay chiều Công tắc được bố trí một, hai, ba, hay nhiều cực Các cực được bố trí ở các tầng khác nhau gồm các tiếp điểm động và tĩnh Ngoài ra còn có các lò xo lá đi kèm với các vòng đệm bằng phíp để dập hồ quang, giữa các cực là các vòng đệm cách điện Trục của công tắc là trụ hình vuông

b Nguyên lý hoạt động : Khi vặn núm điều khiển tùy theo vị trí mà các tiếp điểm thay đổi có thể đóng hoặc mở

c Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục : Thay thế các chi tiết bị mài mòn Bộ phận hay hỏng nhất là lò xo tạo ra lực đóng cắt Khi lò xo kém đàn hồi thay thế mới Sau thời gian sử dụng hệ thống tiếp điểm bị bẩn lau chùi, các tiếp điểm bị cháy hỏng thay thế mới

4 Công tắc hành trình:

a.Cấu tạo:

Công tắc hành trình thường có các

bộ phận như: tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm

động, đế cách điện, cơ cấu tác động, bộ

phận lấy tín hiệu

b Nguyên lý làm việc

Công tắc hành trình làm việc theo

tín hiệu hành trình của các cơ cấu

chuyển động cơ khí nhằm tự động điều

Công tắc hành trình kiểu đòn

15

chỉnh hành trình làm việc hay tự động ngắt điện ở cuối hành trình để bảo đảm an toàn

c Phân loại, ký hiệu công dụng

- Phân loại: tùy theo cấu tạo có thể chia thành: kiểu ấn, kiểu đòn, kiểu trụ và kiểu quay

- Ký hiệu: tuỳ theo quy định mỗi nơi mà ký hiệu công tắc hành trình ký hiệu khác nhau không có quy định chung

- Công dụng: Công tắc hành trình dùng để đóng, ngắt, chuyển đổi mạch trong truyền động điện tự động

d Sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế:

Công tắc hành trình rất thường bị hư hỏng do khi nhận tín hiệu cơ cấu nhận tín hiệu của công tắc hành trình hay bị hỏng hóc Vì gia tốc chuyển động khi đến công tắc hành trình vẫn còn nên sẽ đẩy cơ cấu nhận tín hiệu( cần gạt) thêm một đoạn, vì thế dẫn đến tình trạng cần gạt bị lờn hay gãy Vậy công tác bảo dưỡng rất cần thiết đối với công tắc hành trình Luôn kiểm tra tình trạng của công tắc hành trình bôi trơn vào các khớp chuyển động

5 Nút điều khiển:

Khái quát và công dụng:

Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt

từ xa các thiết bị điện từ khác nhau; các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ… Ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V và mạch điện xoay chiều điện áp 500V, tần số 50HZ; 60HZ, nút nhấn thông dụng để khởi động, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng

và ngắt các cuôn dây của contactor nối cho động cơ

Nút nhấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn Nút nhấn thường được nghiên cứu, chế tạo làm việc trong môi trường không ẩm

16

ướt, không có hơi hóa chất và bụi bẩn Nút nhấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không tải và 200.000 lần đóng ngắt có tải Khi thao tác nhấn nút cần phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện

a Cấu tạo và Phân loại :

- Cấu tạo:

Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng và vỏ bảo vệ Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái; khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu

- Phân loại:

Nút nhấn được phân loại theo các yếu tố sau:

- Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút nhấn, có các loại: + Nút nhấn đơn:

Mỗi nút nhấn chỉ có một trạng thái (ON hoặc OFF)

- Phân loại theo hình dạng bên ngoài, người ta chia nút nhấn ra thành 4 loại: + Loại hở

+ Loại bảo vệ

+ Loại bảo vệ chống nước và chống bụi Nút ấn kiểu bảo vệ chống nước được đặt trong một hộp kín khít để tránh nước lọt vào Nút ấn kiểu bảo vệ chống bụi nước được đặt trong một vỏ cacbon đút kín khít để chống âm và bụi lọt vào + Loại bảo vệ khỏi nổ Nút ấn kiểu chống nổ dùng trong các hầm lò, mỏ than hoặc ở nơi có các khí nổ lẫn trong không khí Cấu tạo của nó đặc biệt kín

+ Nút ấn loại không có đèn báo

Các thông số kỹ thuật của nút nhấn:

Uđm: điện áp định mức của nút nhấn

Iđm: dòng điện định mức của nút nhấn

Trị số điên áp định mức của nút nhấn thường có giá trị 500V

Trị số dòng điên định mức của nút nhấn thường có giá trị 5A

6 Sửa chữa công tắc và nút điều khiển:

Các hư hỏng thường gặp nguyên nhân cách khắc phục:

- Hư hỏng hệ thống tiếp điểm, hệ thống tiếp điểm tiếp xúc không tốt sau một thời gian sử dụng dẫn đến việc điều khiển gặp nhiều trục trặc

- Vệ sinh hệ thống tiếp điểm để tiếp tục sử dụng hoặc thay thế mới sẽ là phương pháp tối ưu nhất

III Dao cách ly:

Dao cách ly là một loại khí cụ điện dùng để tạo một khoảng hở cách điện được trông thấy giữa bộ phận đang mang dòng điện và bộ phận cắt điện nhằm mục

1 Cấu tạo và phân loại:

a Cấu tạo: Dao cách ly lắp

- Dao cách ly đặt ngoài trời

2 Nguyên tắc thao tác vận hành: Nếu dao cách ly ở vị trí đóng thì tiếp xúc

động 1 sẽ đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 4 Sau khi đóng máy cắt nối tiếp cách ly, thì dòng điện tải từ nguồn qua cực bắt dây 5 qua tiếp xúc tĩnh 4 qua tiếp xúc động 1 qua cực bắt dây 10 về tải Muốn cắt cách ly, trước hết phải cắt điện máy cắt nối tiếp với dao cách ly, sau đó sử dụng động cơ hoặc tay, tác động vào cần thao tác số 8 kéo xuống là cách ly, đẩy lên là đóng cắt ly

lắp đặt cho lưới điện trung áp

3 Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly:

Dao cách ly được chọn theo điều kiện định mức, chúng được kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt

- Điện áp định mức Udm: Để đảm bảo cho hệ thống cách điện được làm việc lâu dài, tạo ra một khoảng cách an toàn yêu cầu thì điện áp định mức của Dao cách ly phải không nhỏ hơn điện áp danh định của mạng

Udm ≥ Uddm

– Dòng điện định mức Idm: Để đảm bảo Dao cách ly không bị phát nóng quá mức khi làm việc lâu dài thì dòng điện làm việc lớn nhất qua Dao cách ly (Icb – dòng điện cưỡng bức) không được vượt quá dòng điện định mức của dao

Idm ≥ Icb

– Dòng điện ổn định động Iôđđ: Để đảm bảo độ bền cơ học của Dao cách ly dưới tác dụng cơ học của dòng điện ngắn mạch gây ra thì trị số dòng ngắn mạch lớn nhất qua dao (dòng xung kích Ixk) không được vượt quá dòng ổn định động của dao:

Iôđđ ≥ Ixk

– Dòng ổn định nhiệt Iodnh: Để đảm bảo Dao cách ly không bị phát nóng quá mức cho phép khi có dòng ngắn mạch đi qua trong một thời gian nào đó (tnh.dm) thì năng lượng nhiệt do dòng ngắn mạch sinh ra trong thời gian tồn tại của nó (BN) không được vượt quá nhiệt lượng định mức của Dao cách ly (Bnh.dm):

Bnh.dm = I2 odnh tnh.dm ≥ BNĐiều kiện này thường thỏa mãn với các khí cụ điện có dòng điện cho phép lớn Do vậy với các Dao cách ly có dòng định mức ≥ 1000A thì không cần kiểm tra điều kiện này

20

IV Máy cắt điện:

Máy cắt là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện ở mọi chế độ làm việc: không tải, có tải và sự cố Ở chế độ sự cố, máy cắt tự động cắt mạch điện nên nó thuộc nhóm khí cụ điện bảo vệ mạng điện Sự cố nặng nề nhất là sự cố ngắn mạch

1 Cấu tạo:

Các bộ phận chủ yếu của máy cắt là buồng cắt và cơ cấu truyền động, được kết nối cơ khí với nhau Tùy theo môi trường dập hồ quang, ta có các loại máy cắt điện từ, máy cắt tự sinh khí, may cắt dầu, máy cắt không khí nén, máy cắt khí SF6 và máy cắt chân không

2 Nguyên lý làm việc:

Theo nguyên lý làm việc của cơ cấu truyền động, ta có các kiểu truyền động bằng lò xo, bằng nam châm điện, bằng khí nén và bằng thủy lực, trong đó kiểu truyền động bằng lò xo được dùng thông dụng nhất

21

 Máy cắt điện làm việc chế độ đóng:

Trước khi máy cắt đóng, năng lượng được tích lũy trong bộ truyền động với một thế năng đủ lớn Khi có tín hiệu đóng, thế năng này được giải phóng và biến thành động năng làm đóng tiếp động vào tiếp điểm tĩnh Trong quá trình đóng, một phần năng lượng đóng được nạp năng lượng cho cơ cấu cắt để chuẩn bị sẵn sàng cho quá trình cắt

Ở bộ truyền động kiểu lò xo, việc tích năng cho lò xo đóng được thực hiện bằng động cơ điện hoặc bằng tay quay qua cần thao tác Khi năng lượng được tích đủ, động cơ điện dừng làm việc nhờ công tắc hành trình Muốn đóng máy cắt, chỉ việc nhả chốt hãm lò xo đóng, năng lượng trong nó sẽ được truyền qua

hệ thống thanh truyền để đóng tiếp điểm động vào tiếp điểm tĩnh Việc nhả chốt hãm lò xo đóng có thể thực hiện tại chỗ bằng nút ấn ON hoặc điều khiển từ xa bằng cuộn đóng (thực chất là nam châm châm điện)

Trong quá trình đóng, lò xo cắt được nạp năng lượng và được tích lại dưới dạng thế năng nhờ chốt hãm lò xo cắt, sẵn sàng cho thao tác cắt Sau khí đóng xong, lò xo đóng xả hết năng lượng, động cơ điện lại được cấp điện để tích năng lượng cho lò xo ở lần đóng tiếp theo

 Máy cắt điện làm việc chế độ cắt:

Thao tác cắt máy cắt được thực hiện nhờ giải phóng năng lượng tích trong

lò xo cắt bằng cách nhả chốt hãm lò xo cắt Chốt hãm này có thể nhả bằng tay qua nút ấn OFF hoặc từ xa bằng cuộn cắt được cấp nguồn từ nguồn điều khiển Ngoài ra, còn có cuộn cắt thứ 2, dạng cuộn dây dòng điện, cấp nguồn từ máy biến dòng để cắt nhanh khi có sự cố ngắn mạch

Các tín hiệu cắt sự cố được lấy từ các role bảo vệ như: quá dòng, chạm đất,

so lệch Với các máy cắt bảo vệ đường dây truyền tải, thường có chức năng đóng lặp lại để tăng độ tin cậy cung cấp điện đối với các sự cố thoáng qua như sét đánh, phóng điện qua sứ do bề mặt bẩn

22

bằng tổng thời gian tác động riêng của bản thân máy cắt và thời gian tác động của bảo vệ rơle

Do vậy, ta có thể xem thời gian cắt chính bằng tN

c Dòng điện định mức của máy cắt điện cho với điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh 0xp = +350C Khi 0xp > 350C thì dòng điện định mức của máy cắt điện ghi trong lý lịch máy cần phải giảm xuống theo biểu thức sau:

Iđm MCĐ = Iđm MCĐ √[(75- 0xp)/40] |A|

Khi 0xp < 350C thì dòng điện cho phép của máy cắt điện được tăng lên 0,005

Iđm MCĐ ứng với mỗi độ giảm của nhiệt độ, nhưng tổng giá trị không được vượt quá 1,2 Iđm MCĐ.

V Áp tô mát: (CB: circuit breaker)

tiếp điểm động Yêu cầu của

tiếp điểm là ở trạng thái đóng

điện trở tiếp xúc phải nhỏ Các

tiếp điểm phải có độ bền cơ học

Tiếp điểm của áptômát thường

được làm bằng hợp kim chịu

được hồ quang như: bạc-

vonfram, đồng- vonfram, bạc –

niken- graphit…

b) Hệ thống dập hồ quang:

Có nhiệm vụ nhanh chóng

dập tắt hồ quang khi ngắt, không

cho nó cháy lập lại Đối với áptômát xoay chiều buồng dập hồ quang thường có kiểu dàn dập Đối với điện áp một chiều thường kết hợp nhiều kiểu buồng dập

2,3: tiếp điểm làm việc; 4: tiếp điểm trung gian; 5: các tiếp điểm hồ quang; 6: hệ thống dập hồ quang

6

5 4

2 3

Khâu truyền động không gian dùng phổ biến trong các áptômát là cơ cấu tự

do trượt khớp

d) Phần tử bảo vệ:

Gồm có các phần tử: bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ sụt áp, bảo

vệ dòng điện dư, bảo vệ tổng hợp bằng tổ hợp mạch điện tử Phần tử bảo vệ được dùng trong áptômát là tấm kim loại giãn nở hay cuộn dây Tuỳ theo nhiệm

vụ bảo vệ mà có các phần tử bảo vệ tương ứng

2 Nguyên lý làm việc: dựa trên chức năng bảo vệ mà áptômát có nguyên lý

làm việc khác nhau:

 Bảo vệ quá tải: kết cấu như một rơle nhiệt được đấu nối tiếp với mạch điện chính Khi quá tải, tấm kim loại giãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của áptômát

 Bảo vệ ngắn mạch: Nó tự động ngắt khi dòng điện trong mạch vượt quá dòng chỉnh định trong mạch Khi có dòng điện cực đại lớn hơn dòng chỉnh định thì lực điện từ của nam châm thắng lực của lò xo, khi đó tiếp điểm động sẽ bị tách ra khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt

24

 Bảo vệ sụt áp: có kết cấu như một rơle điện áp, cuộn dây được mắc vào điện áp nguồn, khi có sự cố sụt áp hay mất nguồn lực hút điện từ không đủ sức hút phần ứng, làm lò xo phản lực đẩy phần ứng làm nhả khớp rơi tự do và làm

mở tiếp điểm của áptômát

 Phần tử bảo vệ dòng điện dư, cũng như

phần tử bảo vệ nhiều thông số được cấu tạo bởi

các mạch vi điện tử, trong các khối đo lường so

sánh, khuếch đại và chấp hành

3 Phân loại, ký hiệu và công dụng:

a) Phân loại:

Dựa vào kết cấu người ta chia làm 3 loại: một cực, hai cực và ba cực

Dựa vào các thông số điều chỉnh áptômát được chia thành: áptômát vạn năng (có phần tử bảo vệ điện tử và phi bảo vệ điện tử) áptômát định hình và áptômát tác động nhanh

b) Ký hiệu: trên bản vẽ áptômát được vẽ như sau

c) Công dụng: bảo vệ các mạch điện khỏi các sự cố trong mạch như quá

tải ngắn mạch

SS

5 Bảo dưỡng sữa chữa và thay thế: khi các áptômát sử dụng lâu dài sẽ có

tình trạng các tiếp điểm trên thiết bị sẽ bị oxy hoá do sự nóng lên của mạch điện

và của hồ quang khi đóng cắt Vì thế ta phải thường xuyên kiểm tra và khắc phục bằng cách xiết chặt các mối nối tại nơi điện vào và ra của áptômát Khi các tiếp điểm động lực không còn tiếp xúc tốt thì phải thay áptômát khác

Câu hỏi ôn tập:

1 Hãy trình bày công dụng và ký hiệu của cầu dao?

2 Hãy nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của áp tô mát (CB)?

3 Hãy nêu cách chọn cầu dao và áp tô mát (CB)?

4 Hãy nêu cấu tạo, nguyên lý làm việc và công dụng của công tắc hành

trình?

26

CHƯƠNG 3 – KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ Giới thiệu: Khí cụ điện bảo vệ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện

nhằm bảo vệ mạch điện bảo vệ thiết bị hay bảo vệ con người Tùy theo công

dụng mà dùng với nhiều mục đích khác nhau

Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được cấu tạo của các loại khí cụ điện bảo vệ;

- Nhận dạng được các loại khí cụ điện trong hệ thống điện dân dụng và công nghiệp

- Giải thích được các hiện tượng của khí cụ điện bảo vệ trong quá trình làm việc

- Lựa chọn đúng yêu cầu của khí cụ điện bảo vệ mạch điện

I Nam châm điện:

1 Cấu tạo: cấu tạo dựa trên 3 yếu tố chính đó là: cuộn dây, lõi sắt và dòng điện Trong đó:

- Lõi sắt đóng vai trò tích tụ và khuếch đại từ trường

từ trường Chỉ khi có dòng điện đi qua, nam châm điện mới có từ tính Dựa theo vai trò và công dụng của các bộ phận trong nam châm: Sợi dây đồng càng nhỏ, càng dài thì việc dẫn, tạo từ trường càng tốt Lõi dẫn nên sử dụng lõi dẫn có cảm ứng từ tốt, có độ từ thẩm lớn và cảm ứng bão hòa cao Sắt

là một vật liệu thích hợp để làm lõi dẫn

Có hai loại nam châm điện được ứng dụng phổ biến hiện nay, đó là loại nam châm điện một chiều và nam châm điện xoay chiều

chiều Điện từ được sinh ra từ loại nam châm này có cường độ, không bị phụ thuộc bởi mạch từ Khi vận hành êm, không gây ra tiếng động

nghiệp để nâng đỡ vật có khối lượng lớn Khi vận hành, loại nam châm này thường tạo ra độ rung lớn do đó cần thiết kế hệ thống chống rung đi kèm

2 Nguyên lý làm việc:

Khi mắc một dây dẫn điện có nhiều vòng quấn với nguồn điện, dòng điện sản sinh một điện trường E trong các vòng quấn Khi dòng điện đi qua các vòng

có thể hút hay đẩy từ vật

Vậy chỉ khi nào có dòng điện diện đi qua, cuộn dây mới trở một thành nam châm điện

Từ trường của cuộn dây tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện

trong cuộn dây:

Từ cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích của cuộn dây đó

3 Ứng dụng của nam châm điện:

Trong cuộc sống, nam châm điện được ứng dụng khá rộng rãi Trong các nhà máy, xí nghiệp, trong các cơ sở y tế hay thậm chí trong các vật dụng quen thuộc trong gia đình

bằng kim loại có khổi lượng lớn…

dụng trực tiếp vào y học

- Trong sản xuất: ứng dụng để làm các động cơ máy móc, động cơ điện, máy phát điện để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học hoặc ngược lại…

II Rơ le điện từ:

Rơle là một thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định

Theo một khía cạnh khác, Rơ le là một thiết bị điện dùng để đóng, cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch lực

Rơle điện từ là một trong những thiết bị quan trọng trong số các thiết bị tự động hóa dùng trong ngành điện Rơ le có nhiệm vụ bảo vệ các phần tử của hệ thống điện trong các điều kiện làm việc không bình thường bằng cách cô lập các

sự cố bằng cách thông qua thiết bị đóng cắt

28

1 Cấu tạo:

Rơle điện từ có các bộ phận chín là mạch từ, cuộn dây, tiếp điểm, vỏ

Mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ gồm hai phần Phần tĩnh hình chữ và phần động là tấm thép hình chữ U Phần động nối liên kết cơ khí với tiếp điểm động

Sơ đồ khối của rơ le điện từ

2 Nguyên lý hoạt động:

Rơle điện từ hoạt động trên nguyên tắc của nam châm điện thường dùng để đóng cắt mạch điện có công suất nhỏ, tần số đóng cắt lớn

Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ hút tấm động

về phía lõi Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện và

tỷ lệ nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ Khi dòng điện trong cuộn dây nhỏ hơn dòng tác động thì lực hút điện từ lớn hơn lực kéo lò xo Tấm động bị hút về phía làm cho khe hở mạch từ nhỏ nhất Tức là hút về phía phần tĩnh Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực hút càng tăng tấm động được hút dứt khoát về phía phần tĩnh

và tiếp điểm động sẽ đóng vào tiếp điểm tĩnh

3 Ứng dụng của rơ le điện từ:

Được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và sinh hoạt bởi tính năng

tự động hóa Giám sát các hệ thống an toàn công nghiệp Hoặc được ứng dụng

để ngắt điện cho máy móc đảm bảo độ an toàn

4 Rơle dòng điện:

Có đại lượng vào là trị số dòng điện của mạch tải (mạch động lực) rơle tác động (hút) khi dòng điện qua rơle đạt đến trị số dòng điện tác động Itđ Khi dó các tiếp điểm của rơle sẽ đóng nếu là tiếp điểm thường mở (hoặc mở nếu là các tiếp điểm thường đóng) Như vậy cuộn dây rơle được mắc nối tiếp trong mạch tải Sức từ động do cuộn dây rơle sinh ra trong mạch từ nam châm điện phụ thuộc vào dòng điện mạch tải

29

Rơle dòng điện được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ quá dòng (do quá tải, ngắn mạch ) và tự động điều khiển (mở máy động cơ điện, chuyển đổi mạch điện ) trong hệ thống điện và truyền động điện

5 Rơle điện áp:

Được dùng trong các sơ đồ bảo vệ và tự động, làm phần tử có phản ứng với

sự xuất hiện hoặc sự tăng cao của điện áp trong mạch một chiều và xoay chiều Thường rơle được đặt trong sơ đồ kiểm tra cách điện của mạch điện một chiều Rơle điện áp có các loại:

 Rơle điện áp cực đại một chiều;

 Rơle điện áp cực đại xoay chiều;

 Rơle điện áp cực tiểu

III Rơ le nhiệt: (over Load)

1 Khái niệm và cấu tạo: Rơle

nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động

cơ và mạch điện khi có sự cố quá tải

Rơle nhiệt không tác động tức thời theo

trị số dòng điện vì nó có quán tính

nhiệt lớn, phải có thời gian phát nóng,

do đó nó làm việc có thời gian từ vài

giây đến vài phút

Phần tử phát nóng 1 được đấu nối

tiếp với mạch động lực bởi vít 2 và ôm

phiến lưỡng kim 3 Vít 6 trên giá nhựa

cách điện 5 dùng để điều chỉnh mức độ

uốn cong đầu tự do của phiến 3 Giá 5

xoay quanh trục 4, tuỳ theo trị số dòng

điện chạy qua phần tử phát nóng mà phiến lưõng kim cong nhiều hay ít, đẩy vào vít 6 làm xoay giá 5 để mở ngàm đòn bẩy 9 Nhờ tác dụng lò xo 8, đẩy đòn bẩy

9 xoay quanh trục 7 ngược chiều kim đồng hồ làm mở tiếp điểm động 11 khỏi tiếp điểm tĩnh 12 Nút nhấn 10 để Reset Rơle nhiệt về vị trí ban đầu sau khi phiến lưỡng kim nguội trở về vị trí ban đầu

2 Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý chung của Rơle nhiệt là dựa trên cơ sở

tác dụng nhiệt làm dãn nở phiến kim loại kép Phiến kim loại kép gồm hai lá

30

kim loại có hệ số giãn nở khác nhau (hệ số giãn nở hơn kém nhau 20 lần) ghép chặt với nhau thành một phiến bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn Khi có dòng điện quá tải đi qua, phiến lưỡng kim được đốt nóng, uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé, đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ

Để Rơle nhiệt làm việc trở lại, phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần Reset của Rơle nhiệt

3 Phân loại Rơle nhiệt:

 Theo kết cấu Rơle nhiệt chia thành hai loại: Kiểu hở và kiểu kín

 Theo yêu cầu sử dụng: Loại một cực và hai cực

Theo phương thức đốt nóng: Đốt nóng trực tiếp: Dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim loại kép Loại này có cấu tạo đơn giản, nhưng khi thay đổi dòng điện định mức phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng.- Đốt nóng gián tiếp: Dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt lượng toả ra gián tiếp làm tấm kim loại cong lên Loại này có ưu điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng Nhược diểm của loại này là khi

có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt độ khá cao nhưng vì không khí truyển nhiệt kém, nên tấm kim loại chưa kịp tác động mà phần tử đốt nóng

đã bị cháy đứt

Đốt nóng hỗn hợp: Loại này tương đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp Nó có tính ổn định nhiệt tương đối cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn

4 Chọn lựa Rơle nhiệt:

Đặc tính cơ bản của Rơle nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua

và thời gian tác động của nó (gọi là đặc tính thời gian – dòng điện, A–s) Mặt