LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN

4.3.1. Chế độ đóng Ở chế độ đóng ổn định, điện trở tiếp xúc bé. Nếu dòng điện đi qua tiếp điểm là dòng định mức, nhiệt độ tiếp điểm bé, thường vượt quá nhiệt độ thanh dẫn khoảng 5 đến 10oC và đây là chế độ làm việc dài hạn của tiếp điểm, không có hiện tượng gì phức tạp xảy ra. Ở chế độ cắt ổn định, dòng điện không đi qua tiếp điểm. Khoảng cách giữa hai tiếp điểm ở trạng thái cắt (với tiếp điểm thường mở) gọi là độ mở của tiếp điểm, phải đảm bảo khoảng cách không phóng điện an toàn và dập hồ quang đủ nhanh.

LÝ THUYẾT CƠ SỞ

KHÍ CỤ ĐIỆN

CHƯƠNG 1

4.TIẾP XÚC ĐIỆN

4.1 Khái niệm

Xem lại kiến thức học phần Khí cụ điện

4.2 Điện trở tiếp xúc

Xem lại kiến thức học phần Khí cụ điện

4.3 Các chế độ làm việc của tiếp điểm

Tiếp điểm có 4 chế độ làm việc:

- Đóng

- Cắt

- Quá độ đóng

- Quá độ cắt

4.3.2 Chế độ cắt

- Nếu độ mở tiếp điểm lớn, sẽ an toàn hơn chocách điện và dập hồ quang, song lại dẫn đến tăngkích thước thiết bị

- Việc xác định độ mở tiếp điểm tối ưu phải dựavào khoảng cách cách điện và điều kiện dập hồquang

- Khi cường độ điện trường giữa hai tiếp điểm đủ

4.3.3 Quá độ đóng

- Dòng điện càng lớn, thời gian phóng điện dài(ứng với trường hợp đóng tải có dòng điện khởiđộng lớn như tải cảm, tải điện dung và tốc độchuyển động của tiếp điểm bé) thì tiếp điểm bị ănmòn do điện tích gây ra càng lớn

- Khi giữa hai tiếp điểm có khe hở, hồ quang phátsinh và sau một thời gian nhất định, hồ quang bị

4.3.3 Quá độ cắt

- Dưới tác dụng của hồ quang, kim loại tiếp điểm

bị nóng chảy, bay hơi nên tiếp điểm bị ăn mònnhiều và bề mặt tiếp điểm bị rỗ

4.4.1 Ăn mòn kim loại

- Trong thực tế chế tạo dù gia công thế nào thì bềmặt tiếp xúc tiếp điểm vẫn còn những lỗ nhỏ li ti

- Trong vận hành hơi nước và các chất có hoạt tínhhóa học cao thấm vào và đọng lại trong những lỗnhỏ đó sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra mộtlớp màng mỏng rất giòn

- Khi va chạm trong quá trình đóng lớp màng này dễ

bị bong ra Do đó bề mặt tiếp xúc sẽ bị mòn dần,hiện tượng này gọi là hiện tượng ăn mòn kim loại

4.4.2 Oxy hóa

- Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bịoxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng trên bề mặt tiếpxúc, điện trở suất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng

Rtx dẫn đến gây phát nóng tiếp điểm

- Mức độ gia tăng Rtx do bề mặt tiếp xúc bị oxyhóa còn tùy nhiệt độ

- Ở 20 - 30oC có lớp oxít dày khoảng 25.10-6mm

4.4.3 Điện thế kim loại

- Hai kim loại có điện thế hóa học khác nhau khitiếp xúc sẽ tạo nên một cặp hiệu điện thế hóa học,giữa chúng có một hiệu điện thế

- Nếu bề mặt tiếp xúc có nước xâm nhập sẽ códòng điện chạy qua, và kim loại có điện thế học

âm hơn sẽ bị ăn mòn trước làm nhanh hỏng tiếpđiểm

4.4.4 Hƣ hỏng do điện

- Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc khôngđược bảo quản tốt lò xo tiếp điểm bị hoen rỉ yếu đi

sẽ không đủ lực ép vào tiếp điểm

- Khi có dòng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phátnóng gây nóng chảy, thậm chí hàn dính vào nhau

- Nếu lực ép tiếp điểm quá yếu có thể phát sinh tialửa làm cháy tiếp điểm

4.4.4 Hƣ hỏng do điện

- Ngoài ra, tiếp điểm bị bẩn, rỉ sẽ tăng điện trở tiếpxúc, gây phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếpđiểm

4.5 Các biện pháp khắc phục

- Đối với những tiếp xúc cố định: nên bôi một lớp

mỡ chống rỉ hoặc quét sơn chống ẩm

- Khi thiết kế ta nên chọn những vật liệu: có điệnthế hóa học giống nhau hoặc gần bằng nhau chotừng cặp

- Nên sử dụng các vật liệu không bị oxy hóa làmtiếp điểm

4.5 Các biện pháp khắc phục

- Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồngthau thường được mạ thiếc, mạ bạc, mạ kẽm còntiếp điểm thép thường được mạ cađini, kẽm, …

5 HỒ QUANG ĐIỆN

5.1 Khái niệm

5.2 Quá trình phát sinh hồ quang

5.3 Các biện pháp dập tắt hồ quang

Hồ quang điện

5.1 Khái niệm

Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong

không khí hay trong môi trường khí

5.1 Khái niệm

- Trong các khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạchđiện (cầu dao, contactor, rơle …) khi chuyển mạch

sẽ phát sinh phóng điện

- Nếu dòng điện ngắt dưới 0,1A và điện áp tại cáctiếp điểm 250 – 300V thì tiếp sẽ phóng điện âm ỉ

- Trường hợp dòng điện và điện áp cao hơn trị số

bảng sau sẽ sinh ra hồ quang điện:

5.2 Quá trình phát sinh hồ quang

- Tiếp điểm có dòng điện lớn

- Tiếp điểm có dòng điện bé

5.2.1 Tiếp điểm có dòng điện lớn

- Quá trình phát sinh hồ quang phức tạp hơn Lúcđầu mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng có trị số nhỏnên số tiếp điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua ít

- Mật độ dòng điện tăng đáng kể đến hàng chụcnghìn A/cm2, do đó tại các tiếp điểm sự phát nóng

sẽ tăng đến mức làm cho giữa các vật tiếp xúcxuất hiện giọt kim loại nóng chảy

5.2.1 Tiếp điểm có dòng điện lớn

- Tiếp theo khi các tiếp điểm tiếp xúc rời nhau, giọtkim loại cũng được kéo căng ra, kéo thành 1 cầuchất lỏng và nối liền 2 tiếp điểm này

- Tiếp theo nhiệt độ của cầu chất lỏng tiếp tụctăng, lúc đó cầu chất lỏng bốc hơi và trong khônggian giữa 2 tiếp điểm xuất hiện hồ quang điện

- Vì quá trình phát nóng của cầu chất lỏng rất

sự bốc hơi mang tính chất nổ

5.2.1 Tiếp điểm có dòng điện lớn

- Khi cầu chất lỏngcắt kéo theo sự mài mòn tiếpđiểm, điều này rất quan trọng khi ngắt dòng điệnquá lớn hay quá trình đóng mở xảy ra thườngxuyên

5.2.2 Tiếp điểm có dòng điện bé

- Ban đầu khoảng cách giữa chúng nhỏ trong khiđiện áp đặt có trị số nhất định, vì vậy trong khoảngkhông gian này sẽ sinh ra điện trường có cường

độ rất lớn (3.107V/cm) có thể làm bật điện tử từcatot gọi là phát xạ tự động điện tử (hay còn gọi làphát xạ nguội điện tử)

- Số điện tử càng nhiều, chuyển động dưới tácđộng của điện trường làm ion hóa không khí phát

hồ quang

5.3.1 Kéo dài hồ quang bằng cơ khí

- Khi hồ quang bị kéo dài, thân hồ quang bị nhỏ lại

và dài ra, tăng bề mặt tiếp xúc của hồ quang vớimôi trường Vì vậy, hồ quang tỏa nhiệt và khuếchtán nhanh, làm tăng quá trình phản ion

- Muốn kéo dài hồ quang, phải tăng khoảng cáchgiữa phần động và tĩnh của tiếp điểm Biện phápnày chỉ áp dụng cho các thiết bị đóng cắt điện códòng bé và điện áp thấp (đến 250V) như ở cácrơle, các thiết bị điều khiển

5.3.1 Kéo dài hồ quang bằng cơ khí

- Với các thiết bị đóng cắt có dòng điện lớn hơn(cỡ vài chục Ampe trở lên) thì chiều dài tự do củathân hồ quang là khá lớn

Chẳng hạn: 1 thiết bị hoạt động ở điện áp U =250V, dòng điện I = 150A thì chiều dài hồ quang là25cm Và khi U = 1.500V, I = 150A thì chiều dài tự

do của hồ quang trong không khí đạt tới 200cm

5.3.2 Thổi hồ quang bằng từ

Nguyên lý dập hồ quang này được dùng rộngrãi ở các thiết bị điện đóng cắt hạ áp cho mọi cỡdòng điện, từ vài chục đến vài ngàn Ampe

5.3.3 Dập tắt hồ quang trong dầu BA:

- Ở các thiết bị đóng cắt điện áp cao, môi trườngcháy của hồ quang là dầu biến áp Dầu biến áp có

độ bền điện cao, dẫn nhiệt tốt

- Khi hồ quang cháy trong dầu, nhiệt lượng tỏa racủa hồ quang làm cho dầu ở khu vực hồ quang bịphân tích thành khí hơi có độ bền điện cao

- Đây là khu vực khí hơi có áp suất cao, là môitrường thích hợp để thổi hồ quang

5.3.3 Dập tắt hồ quang trong dầu BA:

- Tùy theo hướng thổi hồ quang, ta có thổi dọc vàthổi ngang

- Khi tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh nhưngvẫn chưa mở lỗ thổi của buồng dập hồ quang, dầu

bị hồ quang phân tích thành hỗn hợp khí hơi, tạo

áp suất cao trong buồng dập Khi tiếp điểm độngchuyển động đến vị trí mở lỗ thổi, áp suất khí hơitrong buồng dập sẽ thổi hồ quang qua lỗ này làm

hồ quang nhanh bị dập tắt

5.3.3 Dập tắt hồ quang trong dầu BA:

- Sau đó, dầu biến áp lại tràn vào buồng dập

- Nguyên lý này là nguyên lý tự thổi, và còn được

áp dụng trong buồng dập hồ quang bằng vật liệurắn tự sinh khí (thủy tinh hữu cơ, gỗ, phíp, )

5.3.4 Thổi hồ quang bằng khí nén

- Đây là phương pháp thổi cưỡng bức Không khísạch, khô được nén với áp suất cao có độ bềnđiện lớn

- Khi thiết bị hoạt động đóng cắt phát sinh hồquang, dùng khí nén này thổi vào hồ quang để dậptắt nó Có các cách thổi: thổi ngang, thổi dọc vàthổi hỗn hợp

- Nhược điểm chính của phương pháp này là có

5.3.5 Dập HQ trong môi trường đặc biệt

* Dập hồ quang trong môi trường khí SF6:

- SF6 là loại khí có độ bền điện cao gấp 2,5 đến 3lần không khí ở áp suất bình thường và khôngđộc Ngoài ra, nó còn có tốc độ phục hồi, độ bềnđiện rất cao nên hồ quang nhanh chóng bị dập tắt

- Với ưu điểm này nên SF6 đang dần thay thế cácloại máy cắt điện áp cao, công suất lớn kinh điểnloại dập hồ quang bằng dầu và khí nén

5.3.5 Dập HQ trong môi trường đặc biệt

* Dập hồ quang trong chân không:

- Ở môi trường chân không, độ bền điện khá cao

và khả năng ion hóa gần như không tồn tại; vì vậy,dập hồ quang trong chân không có nhiều ưu việt

Ví dụ: ở áp suất 10-6mmHg, điện áp đánh thủng

là khoảng 100kV/mm Vì vậy, thiết bị có kích thướcnhỏ, gọn

5.3.5 Dập HQ trong môi trường đặc biệt

* Dập hồ quang trong chân không:

- Một trong những ưu điểm của loại thiết bị này làkhông cần quan tâm đến vấn đề bảo dưỡng Ngàynay, các máy cắt chân không có điện áp và dòngđiện định mức cỡ hàng ngàn Ampe được sử dụngrộng rãi vì công nghệ tạo ra buồng chân không đãđạt đến mức hoàn hảo

6 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

TRONG TÍNH TOÁN

6.1 Công suất định mức :

Công suất định mức của một Thiết bị điện là công suất ghi trên nhãn hiệu máy hay ghi trong lý lịch máy, được biểu diễn bằng công suất tác dụng P hoặc biểu diễn bằng công suất toàn phần S, được thiết kế với các điều kiện tiêu chuẩn.

6.3 Hệ số đồng thời Kđt :

- Hệ số đồng thời Kđt là tỉ số giữa công suấttác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệthống cung cấp điện với tổng các công suất tácdụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụriêng biệt (hoặc các nhóm thiết bị) nối vào nút đó:

Kđt = n tt

tti

P P



6.3 Hệ số đồng thời Kđt :

- Hệ số đồng thời phụ thuộc vào số các phần tử n

đi vào nhóm:

+ Kđt = 1 khi số phần tử n = 1+ Kđt = 0.9  0.95 khi số phần tử n = 2  4+ Kđt = 0.8  0.85 khi số phần tử n = 5  10+ Kđt = 0.75 khi số phần tử n = 11  20

+ Kđt = 0.7 khi số phần tử n > 20

6.5 Hệ số tải Kt (hệ số mang tải) :

- Là hệ số giữa công suất thực tế với công suấtđịnh mức trong khoảng thời gian xét:

7 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

7.1 Phụ tải 1 pha

7.2 Phụ tải 3 pha

Tính toán phụ tải điện

Quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi sangdạng năng lượng khác (tiêu tán, không còn tồn tạitrong mạch điện) Thông số đặc trưng cho quátrình này là điện trở R.

Quá trình trao đổi, tích lũy năng lượng điện

từ trường trong mạch Thông số đặc trưng choquá trình này là điện cảm L và điện dung C

7.1 Phụ tải 1 pha :

Tương ứng với hai quá trình ấy người tađưa ra khái niệm công suất tác dụng P và côngsuất phản kháng Q.

* Công suất tác dụng (P):

- Công suất tác dụng là công suất điện trở Rtiêu thụ, đặc trưng cho quá trình biến đổi nănglượng sang dạng năng lượng khác như: Nhiệtnăng, quang năng…

7.1 Phụ tải 1 pha :

* Công suất tác dụng (P):

- Công suất tác dụng là công suất trung bìnhtrong một chu kỳ

- Công thức: P = UIcosφ = RI2Trong đó:

+ U điện áp phụ tải (V)+ I dòng điện phụ tải (A)

7.1 Phụ tải 1 pha :

* Công suất đặt (P đ ):

- Công suất đặt là công suất đầu vào của động cơ

- Đơn vị của Pđ là: Walt (W)

Pđ =Trong đó:

+ η: Hiệu suất của động cơ

7.1 Phụ tải 1 pha :

đm

P η

7.1 Phụ tải 1 pha :

- Cách xác định công suất đặt:

+ Với các thiết bị làm việc ở chế độ làm việcngắn hạn lặp lại như cầu trục, máy hàn, khi tínhphụ tải điện của chúng ta phải quy đổi về côngsuất định mức ở chế độ làm việc dài hạn

+ Đối với động cơ:

7.1 Phụ tải 1 pha :

P = P ε %

- Cách xác định công suất đặt:

+ Đối với máy biến áp hàn:

+ Công suất định mức của nhóm gồm n thiết bị:

đm đmi

i=1

P =  p

 Pđmi công suất định mức của thiết bị thứ i đã quyđổi về ε%=100%.

* Công suất phản kháng (Q):

- Công suất phản kháng là công suất đặc trưngcho cường độ quá trình trao đổi, tích lũy nănglượng điện từ trường

- Đơn vị của Q là: VAr

thức: Q = UIsinφ = XI

7.1 Phụ tải 1 pha :

* Công suất biểu kiến (S):

* Công suất tác dụng: P = PA+ PB+ PC

- Khi ba pha đối xứng:

Trong đó: Up, Ip, Rp là điện áp, dòng điện, điện trởpha của tải

- Viết theo đại lượng dây:

* Công suất phản kháng: Q = QA+ QB+ QC

- Khi ba pha đối xứng:

Trong đó: Up, Ip, Xp là điện áp, dòng điện, điệnkháng pha của tải

- Viết theo đại lượng dây:

* Công suất biểu kiến:

- Khi ba pha đối xứng:

- Viết theo đại lượng dây:

Giả sử có n tải 1 pha và 1 tải 3 pha Khi đó:

- Công suất phụ tải tính toán:

+ Tổng công suất phụ tải 1 pha:

7.3 Phụ tải tính toán gồm cả 1 và 3 pha :

- Công suất phụ tải tính toán:

+ Công suất phụ tải tính toán 3 pha:

7.3 Phụ tải tính toán gồm cả 1 và 3 pha :

- Hệ số công suất cosφ:

+ Hệ số công suất tính toán phụ tải 1 pha:

7.3 Phụ tải tính toán gồm cả 1 và 3 pha :

+ Hệ số công suất tính toán toàn bộ phụ tải:

1P1 1P1 1P2 1P2 1Pn 1Pn tt1pha

Ví dụ 1:

Một tòa nhà có 2 tầng (1 trệt, 1 lầu) có thông số:

- Tầng trệt có 4 phòng giống nhau Mỗi phòng có:

+ 14 bộ đèn Mỗi bộ có thông số: công suất 40W,điện áp 220V, Hệ số công suât cosφ = 0,8 (trễ)

+ 5 quạt Mỗi quạt có thông số: công suất 75W,điện áp 220V, Hệ số công suât cosφ = 0,65 (trễ)

+ 4 TV Mỗi TV có thông số: công suất 140W, điện

áp 220V, Hệ số công suât cosφ = 0,75 (trễ)

- Tầng 1 có 7 phòng giống nhau Mỗi phòng có:

+ 7 bộ đèn Mỗi bộ có thông số: công suất 40W,điện áp 220V, Hệ số công suât cosφ = 0,8 (trễ)

+ 3 quạt Mỗi quạt có thông số: công suất 65W,điện áp 220V, Hệ số công suât cosφ = 0,7 (trễ)

+ 2 TV Mỗi TV có thông số: công suất 140W, điện

áp 220V, Hệ số công suât cosφ = 0,75 (trễ)

Hãy tính P và cosφ từng tầng và toàn bộ tòa nhà

Ví dụ 1:

6.3 Hệ số đồng thời Kđt :

- Hệ số đồng thời phụ thuộc vào số các phần tử n

đi vào nhóm:

+ Kđt = 1 khi số phần tử n = 1+ Kđt = 0.9  0.95 khi số phần tử n = 2  4+ Kđt = 0.8  0.85 khi số phần tử n = 5  10+ Kđt = 0.75 khi số phần tử n = 11  20

+ Kđt = 0.7 khi số phần tử n > 20

* Tính toán cho tầng trệt:

- HSCS tính toán của tầng trệt: Vì tất cả các phòngtầng trệt giống nhau nên:

cosφtrệt = cosφtrệt1phòng = 0,69Vậy công suất tính toán tầng trệt là 4140W vàHSCS tính toán của tầng trệt là 0,69

Ví dụ 1: Giải

* Tính toán cho tầng 1:

- HSCS tính toán của tầng 1: Vì tất cả các phòngtầng trệt giống nhau nên:

cosφt1 = cosφ1phòng = 0,76Vậy công suất tính toán tầng 1 là 3615W và HSCStính toán của tầng 1 là 0,76

Ví dụ 1: Giải

* Tính toán cho toàn bộ tòa nhà:

- Công suất tính toán của toàn bộ tòa nhà:

Cho 1 hệ thống gồm 2 tải như sau:

- Tải 1: 1 pha gồm: 15 bộ đèn Mỗi bộ có côngsuất: 40W, 220V, cosφ = 0,8 (trễ)

- Tải 2: 1 động cơ 3 pha: 5KW; 380V; cosφ = 0,85(trễ)

a Hãy tính công suất tính toán (Ptt) toàn hệ thống

b Hãy tính HSCS tính toán (cosφtt) toàn hệ thống

Ví dụ 2:

a Công suất định mức phụ tải 1 pha:

b Hệ số công suất tính toán toàn bộ phụ tải :

6 Hồ quang điện là gì?

7 Quá trình phát sinh hồ quang điện là gì?

8 Các biện pháp dập hồ quang điện là gì?

Câu hỏi chương 1B

Cho 1 hệ thống gồm 3 tải như sau:

- Tải 1: 1 pha gồm: 12 bộ đèn Mỗi bộ có côngsuất: 40W, 220V, cosφ = 0,8 (trễ)

- Tải 2: 1 pha gồm: 20 quạt Mỗi quạt có côngsuất: 60W, 220V, cosφ = 0,9 (trễ)

- Tải 3: gồm: 1 động cơ 3 pha : 5KW; 380V; cosφ

= 0,85 (trễ); Kmm = 3

và cosφ hệ thống

Bài tập 1: