Báo cáo Kỹ thuật điện Đại học Giao thông Vận tải

Báo cáo về thí nghiệm mạch điện, lắp mạch điện, một số thiết bị kỹ thuật điện trường Đại học Giao Vận tải Hà Nội. Giáo viên hướng dẫn thầy Đặng Việt Phúc, thầy Bùi Nhật Minh. Giúp cho sinh viên biết các thiết bị kĩ thuật điện trong bảng mạch điện, phân loại các thiết bị điện và công dụng kĩ thuật của chúng

Báo Cáo Thí Nghiệm Điện

Bài 1 : Tìm hiểu về các thiết bị thí nghiệm điện

1.1 Khái niệm Contactor

Contactor hay còn gọi là Khởi động từ là khí cụ điện áp, thực hiện việc đóng cắt thường xuyên các mạch điện động từ Contactor là thiết bị đặc biệt quan trọng trong hệ thống điện Nhờ Contactor ta có thể điều khiển các thiết bị điện như động cơ, tụ bù, hệ thống siêu sáng thông qua nút ấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa

1.2 Cấu tạo của Contactor

Khởi động từ bao gồm các thành phần: nam châm điện, hệ thống dập hồ quang, hệ thông tiếp đi

Hình 2: Hình ảnh cấu tạo Contactor

• Nam châm điện: Gồm 4 thành phần: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm, Lõi sắt, Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu

• Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, một số các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang

• Hệ thống tiếp điểm: Hệ thống tiếp điểm của contactor trong tủ điện liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ

Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm thành hai loại:

• Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện

• Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường hở

• Tiếp điểm thường đóng: là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ Tiếp điểm này hở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động

1.3 Thông số kĩ thuật Contactor

• Điện áp hoạt động: 690VAC

• Điện áp thử nghiệm xung (Uimp): 6kV

• Độ bền cơ học: 2.5 triệu lần đóng cắt

• Tiêu chuẩn: IEC 60947

1.4 Nguyên lý hoạt động của contactor

Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nhấn nút khởi động, cuộn dây Contactor có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại Làm đóng các tiếp điểm chính để khởi động động cơ và đóng tiếp điểm phụ thường

hở để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn khởi động Khi nhấn nút dừng, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lò xo nén làm phần lõi di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về trạng thái thường hở Động cơ dừng hoạt động Khi có sự cố quá tải động cơ, Rơle nhiệt sẽ thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ điện

1.5 Công dụng của Contactor

• Trong công nghiệp Contactor được sử dụng để điều khiển vận hành các động cơ hay thiết bị điện, để an toàn khi vận hành Đây là một giải pháp

tự động hóa bằng phương pháp cơ điện Phương pháp này không xử lý những quá trình phức tạp nhưng nó đơn giản và ổn định cao dễ sửa chữa

• Trong ngành tự động hóa ngày nay đòi hỏi xử lý những công việc có tính chất phức tạp và khó khăn Nên cần phải có sự can thiệp của bộ xử

lý nên phương pháp cơ điện tử ra đời để đáp ứng được những quá trình đóng gói sản phẩm, ép nhựa Contactor vẫn là thiết bị sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp tự động hóa việc sản xuất

2 MCCB

Hình 3: MCCB 2.1 Khái niệm MCCB

MCCB có tên tiếng Anh là Moulded Case Circuit Breaker, hay còn gọi với tên át khối, aptomat khối… Đây là một cầu dao tự động dạng khối sử dụng để đóng ngắt các dòng điện từ 1 pha, 2 pha đến 3 pha khi có các sự

cố như quá tải, ngắn mạch và mạch điện bị sụt áp

2.2 Cấu tạo của MCCB

MCCB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang)

Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính

2.3 Thông số kĩ thuật MCCB

• In: Dòng điện định mức Ví dụ: MCCB 3P 250A 36kA, In = 250A Dòng điện định mức chính là ngưỡng bảo vệ quá tải của Aptomat, khi dòng điện vượt quá dòng định mức thì Aptomat sẽ bị nhảy

• Ir: là dòng hoạt động được chỉnh trong phạm vi cho phép của Aptomat Ví

dụ aptomat chỉnh dòng 250A có thể điều chỉnh từ 125A đến 250A Đối với các Aptomat chỉnh dòng thì dòng hoạt động chính là ngưỡng tác động của Aptomat

• Ue: Điện áp làm việc định mức

• Icu: Dòng cắt ngắn mạch là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm trong 1 giây

• Icw: Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1 đơn vị thời gian

• Ics: khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị Khả năng này phụ thuộc vào từng nhà sản xuất do công nghệ chế tạo khác nhau Ví dụ cùng một hãng sản xuất nhưng có 2 loại MCCB là Ics = 50% Icu và Ics = 100% Icu

• AT: Ampe Trip (dòng điện tác động)

• AF: Ampe Frame (dòng điện khung) Ví dụ NF250A 3P 200A và NF250A 3P 250A đều có AF = 250A nhưng một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá

AT = 200A, một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 250A Thông số AT/AF cho biết độ bền của tiếp điểm đóng cắt Ví dụ Aptomat

250AT/400AF sẽ có độ bền cao hơn Aptomat 250AT/250AF, kích thước aptomat 400AF cũng lớn hơn, giá thành cao hơn

• Characteritic cuver: là đường cong đặc tính bảo vệ của CB (đường cong chọn lọc của CB) Đây là thông số rất quan trọng, quyết định cho việc chọn CB ở vị trí nào trong hệ thống điện

• Mechanical/electrical endurace: Số lần đóng cắt cơ khí cho phép/ số lần đóng cắt điện cho phép

• Kích thước Aptomat được thể hiện rõ bằng bản vẽ có trong tài liệu kỹ thuật / catalog của sản phẩm

2.4 Nguyên Lý hoạt động của MCCB

• Các loại MCCB được cấu tạo 2 cấp tiếp điểm hoặc 3 tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang) Trong trạng thái bình thường, MCCB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm, nhờ móc 2 khớp và móc 3 khớp cùng chạm tiếp điểm, tiếp điểm sẽ cho phép dòng điện đi qua MCCB

• Nếu phát hiện dòng điện vượt quá giá trị ngắt đã điều chỉnh, do xảy ra sự

cố quá tải, ngắn mạch và mạch điện bị sụt áp Đầu tiên, tiếp điểm hồ quang đóng trước và sau đó đến tiếp điểm phụ cuối cùng là tiếp điểm chính Trường hợp cắt mạch điện thì ngược lại, các tiếp điểm chính mở trước, rồi sẽ đến các tiếp điểm phụ và tiếp điểm hồ quang

• Bên cạnh đó, MCCB còn có một công tắc ngắt kết nối và được sử dụng

để ngắt bộ ngắt bằng tay Bất cứ khi nào để thực hiện công việc như bảo trì hoặc nâng cấp thiết bị, chúng ta có thể chủ động ngắt kết nối

2.5 Công dụng của MCCB

• Bảo vệ chống quá tải - dòng điện trên giá trị định mức tồn tại lâu hơn mức bình thường

• Bảo vệ mạng điện, thiết bị điện và con người khi có các lỗi như ngắn mạch hoặc lỗi đường dây Khi phát hiện dòng điện cực cao sẽ bị gián đoạn ngay lập tức, giúp hạn chế tối đa tình trạng cháy nổ, hỏng hóc

• Công dụng MCCB còn được biết đến ở nhiệm vụ bật và tắt mạch điện Dòng thiết bị điện này có thể dùng cho mục đích đó trong trường hợp mạch điện không có một công tắc thủ công thích hợp

• Dùng để đóng, mở mạch điện áp thấp và bảo vệ đường dây tự động nếu xảy

ra tình trạng quá tải hoặc ngắn mạch

3 MCB

Hình 4: MCB 3.1.Khái niệm CMB

MCB (Miniature Circuit Breaker) là loại thiết bị điện thuộc nhóm CB, thiết bị chuyển mạch loại tép, thường có dòng cắt định mức và dòng cắt ngắn mạch thấp (125A/10kA)

3.2.Cấu tạo của MCB

MCB được cấu tạo bởi các bộ phận như: tiếp điểm, hộp dập hồ quang, cơ cấu truyền động cắt MCB, móc bảo vệ Các chức năng của từng bộ phận như sau:

• Tiếp điểm: MCB thường có cấu tạo hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính

và hồ quang) hoặc 3 tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ, hồ quang) Hoạt động của tiếp điểm như sau: khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm

chính Còn khi ngắt mạch tiếp điểm chính mở trước, tiếp điểm phụ mở sau và cuối cùng là hồ quang điện

• Hộp dập hồ quang: có 2 kiểu thiết bị dập hồ quang là: hồ quang kiểu nửa kín và hồ quang kiểu hở Đặc điểm của 2 loại khác nhau: kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của MCB và có lỗ thoát khí Kiểu hở được dùng với điện áp lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V (cao áp) Hộp dập quang có nhiều tấm thép xếp thành lưới ngăn thành nhiều đoạn khác nhau để tạo thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang

• Cơ cấu truyền động cắt MCB: có 2 cách truyền động cắt MCB (bằng

tay và bằng cơ điện) Đối với truyền động cắt điều khiển bằng tay được thực hiện với các MCB có dòng điện định mức không lớn Còn đối với loại điều khiển bằng cơ điện ở các MCB có dòng điện lớn hơn

• Móc bảo vệ: móc bảo vệ có tác dụng để bảo vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch Có 2 loại móc bảo vệ: móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt

3.3.Thông số trên MCB

Thông thường thì trên một MCB, …sẽ có các thông số để chúng ta có thể quan sát được Chúng ta cần hiểu về chúng để có thể dễ dàng trong việc chọn mua và sử dụng Cụ thể một số thông số ta cần quan tâm như:

• MCB Current and Curve rating: Thông thường thì chỉ số này sẽ ghi dưới dạng 1 chữ và số, ví dụ như C20 Với chữ cái đầu tiên sẽ thể hiện được đường cong đặc tính của tải Có 3 đường cong đặc tính của tải mà mình

đã giới thiệu ở trên thông qua chữ cái đó là B, C và D Vậy trong trường hợp này thì MCB thuộc loại C Với MCB loại Z sẽ cho tác động ngay lập tức với tốc độ lên đến 5-20 lần dòng điện định mức của nó Chữ số 20 sẽ thể hiện dòng điện định mức có đơn vị là A

• MCB Operating Voltage: Thông số nảy sẽ thể hiện được điện áp hoạt động của MCB với dòng điện định mức Thông thường khi dùng trong dòng 1 pha sẽ là 230V hay 240V, còn dùng trong dòng 3 pha sẽ là 400V hay 415V

• MCB Breaking Capacity: thể hiện công suất giới hạn của dòng điện sự

cố, thường được thể hiện bằng số ví dụ như 10000 Có nghĩa là 10kA hay 10000A Thông số này thường được chọn cao hơn mức có thể xảy ra khi

có sự cố

• Energy Class: cấp năng lượng giới hạn, trên mức cơ sở năng lượng này

mà nó được xếp vào các lớp như Class 1, Class 2, Class 3 Với Class 3 là cấp tốt nhất có giá trị là 1.5LJ/s

• MCB Status Indicator: Thông số này chỉ thị trạng thái ON/OFF khi vận hành, một thiết bị MCB tiêu chuẩn phải có tiêu chuẩn này để có thể dễ dàng trong việc vận hành hay sửa chữa

• Operation Symbol: là sơ đồ mạch điện, hiển thị cơ chế hoạt động của MCB

• Additional Relevant Information: cho biết thông tin về điện áp xung,

ISI,…

• Catalog No: thông tin này giúp chúng ta hiểu thêm sản phẩm trên

internet

3.4.Nguyên lý hoạt động của MCB

• Hiện tại, các loại MCB tại Việt Nam sẽ được lắp đặt ở mức 6kA – 6000 Ampe Tình trạng quá dòng sẽ được gây ra khi ngắn mạch không vượt quá

6000 Ampe Tuy nhiên, ở môi trường lắp đặt công nghiệp và thương

mại với mức điện áp 415V và các thiết bị, máy móc cỡ lớn thì MCB sẽ sử dụng ở định mức 10kA Nếu dòng điện lỗi tiềm năng vẫn nằm trong mức

mà MCB có thể chịu đựng thì thiết bị vẫn có thể hoạt động bằng cách ngắt kết nối mạch Nhưng trường hợp dòng điện lỗi tiềm năng vượt qua mức khiến MCB xuất hiện lỗi Khi đó, việc đóng các mối hàn tiếp điểm sẽ diễn ra

• Do MCB là thiết bị có khả năng chống lại tình trạng ngắn mạch và quá tải

Do 2 lỗi dòng điện này sẽ xuất hiện với những cách khác nhau nên thiết bị sau khi phát hiện sẽ có những cách xử lý tương ứng Đó chính là hoạt động nhiệt và hoạt động từ

• Thanh lưỡng kim (Bi-metallic Strip) sẽ cung cấp để giúp thiết bị bảo vệ quá tải Khi đó, dòng điện sẽ được liên tục làm chậm lại Theo đó, dải lưỡng kim sẽ được điện tích làm nóng và uống cong để chốt cơ học được giải phóng Chốt thường được kết nối bằng cơ chế hoạt động để khiến các tiếp điểm bị hở và mạch điện bị đứt

• Đối với quá trình ngắn mạch, tình trạng tăng lên một cách đột ngột của dòng điện sẽ gây ra sự dịch chuyển điện ra khỏi cuộn dây của pít tông Khi pít tông chạm vào cần ba sẽ khiến chốt ngay lập tức nhả ra Các tiếp điểm cũng vì thế mà mở để làm đứt mạch

3.5.Công dụng của MCB

MCB có chức năng bảo vệ hệ thống nói chung và các thiết bị điện (tải) nói riêng trong các trường hợp ngắn mạch, quá tải MCB được sử dụng như một sự thay thế cho bộ chuyển mạch cầu chì trong các hệ thống mạch điện

• MCB thường được sử dụng trong điện dân dụng, công nghiệp để bảo

vệ dòng điện thấp MCCB sử dụng cho mục đích công nghiệp và bảo

vệ dòng điện cao

 MCCB là dạng CB tiêu chuẩn chủ yếu dùng trong công nghiệp, mạch động lực

 MCB là dạng CB thu gọn, chủ yếu dùng trong gia dụng, mạch điều khiển

4 Nút bấm

Hình 5: Nút bấm 4.1 Khái niệm nút bấm

Nút bấm là một loại khí cụ dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển

4.2 Cấu tạo

• Cấu tạo của nút nhấn gồm: hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm

thường hở (NO) – thường đóng (NC) và vỏ bảo vệ

• Nút bấm gồm hệ thống các tiếp điểm thường đóng – thường hở, hệ thống

lò xo và vỏ bảo vệ Khi có tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái, khi không còn tác động, các tiếp điểm sẽ trở về trạng thái ban đầu

4.3 Nguyên lý hoạt động

Nút nhấn có ba phần: Các tiếp điểm cố định, bộ truyền động và các rãnh Bộ truyền động sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào một xy lanh mỏng ở phía bên dưới Bên trong là lò xo và một tiếp điểm động Khi nhấn nút, nó chạm vào các tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm Trong một số trường hợp, người dùng cần nhấn liên tục hoặc giữ nút để thiết bị hoạt động Với các loại nút nhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đến khi người sử dụng nhấn nút lần nữa

5.1 Khái niệm và công dụng

• Khái niệm: Đèn báo AD16 22DS thường được sử dụng để báo trạng thái trong các mạch điện, tủ điện và trạng thái vận hành của máy móc trong công nghiệp Đèn có thiết kế nhỏ gọn, đẹp mắt, tuổi thọ cao, dễ dàng sử dụng

• Công dụng: Công dụng của đèn báo AD16 22DS là hiển thị trạng thái của

một thiết bị hoặc một quá trình Đèn báo này thường được sử dụng để đánh dấu trạng thái hoạt động của các máy móc, hệ thống, thiết bị trong công nghiệp, như báo hiệu khi một thiết bị đang hoạt động, báo đèn xanh khi hệ thống hoạt động bình thường, hay báo đèn đỏ khi hệ thống có sự cố

5.2 Nguyên lý hoạt động

• Nguyên lý hoạt động của đèn báo AD16 22DS là sử dụng đèn LED (Light Emitting Diode) để phát sáng Khi đèn LED được kết nối với nguồn điện, nó sẽ phát ra ánh sáng, và màu sắc của ánh sáng phát ra tùy thuộc vào loại đèn LED được sử dụng

• Đèn báo AD16 22DS thường có ba màu sắc cơ bản: đỏ, xanh và vàng Mỗi màu sắc tương ứng với một trạng thái hoạt động khác nhau của thiết bị, ví dụ như đỏ để báo hiệu lỗi hoặc tắt máy, xanh để báo hiệu máy hoạt động bình thường, và vàng để báo hiệu trạng thái chờ hoặc báo hiệu cảnh báo

5.3 Các thông số kĩ thuật cơ bản của đèn báo AD16-22D/S

• Thông số: đèn báo AD16-22D/S

• Điện áp xoay chiều (AC): 220V

• Dòng điện nhỏ hơn 20mA

• Công suất tiêu thụ: 1.5W

• Loại đèn báo: LED

• Màu sắc của đèn báo: Đỏ, xanh, vàng, trắng

6 Rơle nhiệt

Hình 7: Rơle nhiệt 6.1 Khái niệm

Rơle nhiệt (Relay nhiệt) là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với Contactor ( khởi động từ ) Rơle nhiệt

có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại

6.2 Nguyên lý hoạt động

Rơle nhiệt hoạt động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của dòng điện Khi dòng điện quá tải sẽ phát sinh ra một nhiệt lượng lớn khiến cho tấm kim loại của rơ le bị đốt nóng dẫn tới hiện tượng bị giãn nở Trong thành phần cấu tạo nên rơle nhiệt, phiến kim loại kép đóng vai trò vô cùng quan trọng để thiết bị hoạt động được hiệu quả nhất Phiến kim loại kép này được ghép từ 2 thanh kim loại có chỉ số giãn nở khác nhau

6.3 Thông số kĩ thuật

Sản phẩm: Rơle nhiệt RLE 14

Dòng điện cài đặt: 7A-10A

Điện áp hoạt động định mức [Ue]: 690V

Điện áp chịu xung định mức [Uipm]: 6kw

Dùng cho contactor: MC-6A, MC-9A, MC-12A, MC-18A