Giáo trình trang thiết bị điện tàu thủy - Chương 4 potx

Khái niệm: Thiết bị bảo vệ và khống chế là các khí cụ điện tự động đóng ngắt mạch điện và điều khiển sự làm việc của mạch điện.. Thường dùng lắp ở tủ điện của các mạch máy công cụ thân

Chương IV: thiết bị bảo vệ vμ khống chế

4.1 Khái niệm và phân loại

4.1.1 Khái niệm:

Thiết bị bảo vệ và khống chế là các khí cụ điện tự động đóng ngắt mạch điện và

điều khiển sự làm việc của mạch điện

4.1.2 Phân loại

* Theo nguyên tắc làm việc có khí cụ điện khống chế và khí cụ điện bảo vệ

* Theo loại dòng điện có thiết bị bảo vệ và khống chế dòng một chiều và thiết bị bảo vệ và khống chế dòng xoay chiều

4.2 các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ

4.2.1 Tính chọn lọc

Yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc như khi có sự cố ở mạch nào thì khí cụ bảo

vệ ở mạch đó tác động hoặc có nhiều tầng bảo vệ nếu xảy ra sự cố ở tầng nào thì khí cụ ở tầng đó tác động

4.2.2 Tính tác động nhanh

Khi có sự cố các khí cụ bảo vệ phải tác động tức thời Riêng với rơ le nhiệt phải tác động theo yêu cầu

4.2.3 Độ nhạy

Là tỷ số biến thiên giữa trị số mà khí cụ tác động thực và trị số mà ta đặt cần tác

X Y x x

S = limΔ→0

X là trị số đặt cần tác động

Y là trị số tác động thực

4.2.4 Độ tin cậy:

Thiết bị bảo vệ cần đảm bảo các độ tin cậy sau

+ Có khả năng làm việc liên tụ lâu dài khi đại lượng điện đặt vào chúng nằm trong giới hạn cho phép

+ Có tính chọn lọc

+ Có tính tác động nhanh

+ Có độ nhậy cao

4.3 Cầu chì

4.3.1 Khái niệm và phân loại

1 Khái niệm:

Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ các thiết bị điện và lưới điện khi

có sự cố quá tải, ngắn mạch xảy ra

2.Phân loại:

- Theo điện áp có hai loại

+ Cầu chì cao áp

+ Cầu chì hạ áp

- Theo công dụng

+ Loại đặt hở: Loại này không có vỏ bọc kín thường chỉ gồm dây chảy là những phiến làm bằng chì lá, kẽm, hợp kim, chì thiếc

+ Loại đặt kín

+ Loại có thiết bị dập hồ quang, loại không có thiết bị dập hồ quang

4.3.2 Một số cầu chì thông dụng

1 Loại hộp còn gọi là cầu chì hộp:

Thường dùng cho mạng điện sinh hoạt Vỏ và nắp cầu chì đều làm bằng sứ cách

điện hoặc bằng nhựa bên trong có các tiếp xúc điện bằng đồng bắt chặt các tiếp xúc điện bằng đồng vào mặt trong vỏ Dây chảy được bắt chặt bằng vít vào hai tiếp xúc điện trên nắp Dây chảy thường không được chế tạo sẵn mà tuỳ nơi sử dụng người ta thường dùng vật liệu làm dây chảy bằng dây đồng, nhôm, chì, thiếc…vvv

có tiết diện tròn

Thường dùng lắp ở tủ điện của các mạch máy công cụ thân (hay đế) và nắp làm

bằng sứ, tiếp xúc giữ nắp và thân bằng ren xoáy Dây chảy bằng đồng có khi bằng bạc, chì thường chế tạo sẵn với các dòng định mức 10A, 15A, 20A, 25A, 30A 40A, 60A, 100A và được đặt trong ống bằng sứ được hàn hai đầu vào hai nắp bằng

kim loại Trong ống có chứa đầy cát thạch anh

2 Cầu chì xoáy (cầu chì vặn)

Cấu tạo:

1- Nắp xoáy bằng sứ

2- Thân hình trụ có ren to

3;7- Đầu tiếp xúc

4- Dây chảy bên trong ống bột thuỷ tinh

6;8- Cực đấu dây

1

2

3 4

8 6

7

Hình 4-1

3 cầu chì ống:

Cấu tạo:

1;4- Nắp tiếp điểm

2- Thân cầu chì

3- Dây chảy

1

2

3

4

Hình 4-2

- Loại kín trong ống có cát thạch anh: Loại này thường gọi là cầu chì ống sứ Vỏ làm bằng sứ dạng hình hộp chữ nhật.Trong vỏ có trụ tròn rỗng để đặt dây chảy (thường có dạng hình lá sau đó đổ dầy cát thạch anh Dây chảy được hàn đính vào đĩa và được bắt chặt vào phiến có cực tiếp xúc các phiến được bắt chặt vào phiến sứ bằng vít

- Loại kín không có cát thạch anh: Loại này vỏ làm bằng chất hữu cơ có dạng hình ống gọi là cầu chì ống phíp Dây chảy hình lá đặt trong vỏ hai đầu vỏ hình ống đựơc nắp kín bằng hai nắp bằng đồng tiếp xúc với dây chảy và các cực tiếp xúc

Tóm lại: Cấu tạo của cầu chì gồm vỏ , nắp, dây chảy

- Vỏ cầu chì được làm bằng sứ, nhựa hoặc bằng chất hữu cơ hình dạng có thể

là hình ống, hình hộp chữ nhật

- Nắp cầu chì làm bằng sứ hoặc bằng đồng…

- Dây chảy có thể làm bằng đồng, chì tiếp diện tròn hoặc bằng những phiến chì lá, kẽm, hợp kim chì thiếc, nhôm lá đồng lá vvv được dập thành nhiều hình dạng khác nhau sau đó dùng vít bắt chặt vào các đầu cực dẫn điện trên các tấm cách điện

4.3.3 Tính chọn cầu chì

Ucầu chì ≥ Ulưới

Icầu chì ≥ I tínhtoán

Icầu chì < Ivỏ

Trong đó:

C= 2,5 đối với động cơ khởi động không tải

C= 1,6 -2 đối với động cơ khởi động quá tải

IKD là dòng điện khởi động của động cơ

4.3.4 Ký hiệu cầu chì trên bản vẽ

4.4 rơ le bảo vệ

4.4.1 Khái niệm và phân loại

1 Khái niệm:

Rơ le bảo vệ là khí cụ điện bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện

2 Phân loại:

+ Theo nguyên lý làm việc có: Rơ le kiểu điện từ, rơ le kiểu cảm ứng, rơ le điện

động, rơ le nhiệt, rơ le bán dẫn

Theo đại lượng có: Rơ le dòng, rơ le áp, rơ le công suất, rơ le tổng trở, rơ le tần số, rơ le lệch pha

+ Theo loại dòng điện có: Rơ le dòng điện một chiều, rơ le dòng điện xoay chiều + Theo giá trị và chiều của đại lượng đi vào rơ le có: Rơ le cực đại, rơ le cực tiểu, rơ le sai lệch, rơ le hướng

2.4.2 Rơ le dòng điện

1 Rơ le dòng điện cực đại:

Rơle dòng điện cực đại là một khí cụ điện dùng để bảo vệ mạch điện khi bị quá tải hoặc ngắn mạch và để điều khiển sự làm việc của động cơ

a Cấu tạo:

+ Mạch từ 1 dạng hình chữ E hoặc chữ U gồm nhiều các lá thép kỹ có bề dầy 0,35mm hoặc 0,5mm ghép lại

+ Cuộn dây 2: Thường có hai cuộn dây bằng dây đồng hoặc nhôm

+ Phần ứng 4: Là miếng sắt từ hình chữ Z ghắn chặt trên trục quay 3 nhờ hai ổ đỡ + Vít điều chỉnh 5: Để điều chỉnh trị số tác động của dòng điện

+ Hệ thống tiếp điểm 6: Làm bằng bạch kim

+ Kim chỉ định 8:

6

1

2

3

4

5

7

8

Hình 4-3

b Nguyên lý làm việc

- Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây 2 sẽ tạo ra lực tác dụng lên phần ứng 4 Nếu dòng điện qua cuộn dây đạt đến trị số đủ lớn lúc này lực điện từ thắng lực cản của

lò xo 7 hút phần ứng 4 làm trục quay làm mở (hoặc đóng) hệ thống tiếp điểm 6

- Trị số dòng điện tác động của rơle được chỉnh định bằng hai phương pháp

+ Thay đổi sơ đồ đấu cuộn dây rơle: Khi cần dòng điện tác động nhỏ ta đấu nối tiếp hai cuộn dây Khi cần dòng tác động lớn ta đấu song song hai cuộn dây Do vậy với cùng một lực sức căng lò xo 7 khi đấu song song dòng tác động lớn gấp

đôi so với đấu nối tiếp

+ Nới lỏng hay vặn chặt vít điều chỉnh 5 thì có thể làm tăng hay giảm trị số dòng

điện tác động

c Cách chọn

IRI ≥ I tínhtoán

IRI là dòng điện phụ tải mà rơle cho phép liên tục chạy qua lớn nhất

2 Rơ le dòng kiểu cảm ứng

a Cấu tạo

Gồm lõi sắt 1, vòng ngắn mạch 2, đĩa nhôm 3, trục vít 4, quạt răng 5, tay đòn của quạt răng 6, nam châm vĩnh cửu 7, khung động 8, lò xo 9, cuộn dây 10, vít tỳ của khung 11 vít này làm thay đổi thời gian tác động giữa trục 4 và quạt răng 5 , tay đòn của phần ứng12, tiếp điểm cắt nhanh13

13

12

11

6

0

0

9

8

S

N

7

5

4

3

1

2

2

10

Ф 2

Ф 1

Hình 4-4

b Nguyên lý làm việc

Khi có dòng điện cuộn dây 10 làm xuất hiện từ thông Φchạy trong lõi thép 1 sau đó được chia làm 2 thành phần Φ1 đi qua thành phần lõi thép không có vòng ngắn mạch và thành phần Φ2 đi qua thành phần lõi thép có vòng ngắn mạch Khi từ thông Φ2 cắt qua vòng ngắn mạch cảm ứng trên vòng ngắn mạch một dòng điện Dòng điện cảm ứng trong vòng ngắn mạch sẽ sinh ra Φc chống lại Φ2 Tổng hợp Φc

và Φ2 ta được Φ3 Từ thông Φ1 và Φ3 cắt qua đĩa nhôm 3 Hai từ thông này lệch nhau về thời gian một góc và về không gian một góc tạo thành từ trường quay làm

đĩa nhôm quay

Bình thường trục của đĩa nhôm cố định trên khung động 8 không này có thể quay quanh trục 0 Lò xo 9 giữ khung 8 sao cho trục vít 4 gắn trên trục của đĩa nhôm không ăn khớp với quạt răng 5 (quạt răng 5 có vị trí cố định) Khi dòng điện qua cuộn dây 10 đạt tới giá trị chỉnh định tác động đĩa 3 bị kéo làm quay trục vít 4

ăn khớp với quạt răng 5 và đưa cung quạt 5 lên trên Trên quạt răng 5 có hàn thêm tay đòn 6 cho nên khi cung răng 5 đi lên thì tay đòn 6 cũng đi lên và chạm vào tay

đòn 12 làm cho cặp tiếp điểm cắt nhanh đóng lại nên xung điện áp được truyền đi

để cắt cầu dao tải (khí cụ điện đóng cắt có cuộn hút)

Khoảng thời gian từ lúc trục vít 4 ăn khớp với cung răng 5 cho đến lúc truyền đi cắt cầu dao phụ thuộc vào dòng điện đi qua cuộn dây 10 và vị trí của cung răng 5 khoảng cách giữa tay đòn 6 và tay đòn 12

Khi ngắn mạch thì bị phần ứng hút làm đóng tiếp điểm 13 Vì từ lực lúc ngắn mạch mạnh

4.4.3 Rơ le điện áp

Rơle điện áp là một khí cụ điện dùng để bảo vệ các thiết bị khi điện áp tăng hoặc

giảm quá mức quy định

a Cấu tạo:

1- Cuộn dây

2- Phần ứng

3- Mạch từ

4- Lò xo

5- Tiếp điểm thường mở

6- Tiếp điểm thường đóng

Rơle điện áp có cấu tạo tương tự như rơle dòng điện chỉ khác cuộn dây của nó

có số vòng nhiều hơn, tiết diện dây quấn nhỏ hơn và được mắc song song với mạch

điện của thiết bị cần bảo vệ

3

6

5

UL

2

Hình 4-5

b Nguyên lý làm việc:

* Với Rơle bảo vệ điện áp thấp:

+ Bình thường khi điện áp lưới điện ở giá trị định mức hoặc nhỏ hơn định mức

không lớn thì phần ứng chịu tác dụng của lực điện từ làm các tiếp điểm thường

đóng của rơle mở ra và các tiếp điểm thường mở đóng lại

+ Khi điện áp lưới hạ dưói mức quy định lực điện từ giảm nhỏ hơn lực sức căng lò

xo lúc này dưới tác dụng của lò xo tiếp điểm thường đóng từ trạng thái mở đóng

trửo lại và tiếp điểm thường mở từ trạng thái đóng mở ra

* Với Rơle điện áp cực đại:

+ ở điện áp bình thường phần ứng của rơle đứng yên ( không bị lực điện từ tác

động)

+ Khi điện áp tăng cao quá mức quy định lực điện từ thắng lực cản của lò so phần ứng sẽ quay làm các tiếp điểm thường đóng mở ra thương mở đóng lại

* Điện áp tác động của rơle cũng được điều chỉnh bằng cách đấu cuộn dây rơle hoặc điều chỉnh đòn bẩy hoặc bằng vít

4.4.4 Rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt là một khí cụ điện dùng để bảo vệ quá tải dài hạn cho mạch điện như

dùng để bảo vệ cho động cơ khi bị quá tải lâu

a Cấu tạo

Khi rơ le nhiệt chưa tác động

Ng ĐK

7

3

4

PT 1

Hình 4-6 (a)

Ng ĐL

6 5

2

- Bộ phận đốt nóng 1 được mắc nối tiếp với mạch động lực (động cơ)

- Bộ phận giãn nở 2 làm bằng hai lá kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau

được gắn chặt với nhau ( hai lá kim loại này được làm thường là hợp kim sắt và Niken hoặc Sắt +Đồng thau

- Cuộn dây nam châm của công tắc tơ 3

- Lò xo 4

- Nút ấn phục hồi 5

- Hệ thống đòn bẩy 6

- Tiếp điểm 7: tiếp điểm này thường làm bằng bạch kim

™ Chú ý: Bộ phận đốt nóng của rơle nhiệt có ba hình thức đốt nóng:

+ Đốt nóng trực tiếp:

Dòng điện phụ tải trực tiếp đi qua tấm kim loại kép Như vậy cấu tạo đơn giản nhưng khi muốn thay đổi dòng điện định mức thì phải thay đổi cả thanh kim loaị kép

+ Đốt nóng gián tiếp:

Dòng điện phụ tải đi qua dây điện trở bên ngoài dây này chỉ áp sát vào thanh kim loại kép Khi bị quá tải nhiệt lượng ở dây này sẽ đốt nóng thanh kim loại kép làm cong đi Cách này có ưu điểm là khi muốn thay đổi dòng điện định mức chỉ việc thay dây điện trở mà không phải thay thanh kim loại kép Tuy vậy nhược điểm

là khi dòng điện phụ tải cao quá dễ bị đứt dây đốt nóng

+ Đốt nóng hỗn hợp: vừa đốt trực tiếp vừa đốt nóng gián tiếp

Khi rơ le nhiệt tác động

4

2

7

6

5

1

PT

Ng ĐL

Hình 4-6 (b)

4

b Nguyên lý làm việc

+ Khi dòng điện qua bộ phận đốt nóng(1)nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện định mức thì nhiệt lượng toả ra nhỏ và cơ bản toả ra môi trường xung quanh do đó lá kim loại kép không bị uốn cong do đó tiếp điểm 7 vẫn đóng kín như hình a

+ Khi có hiện tượng quá tải lúc này dòng điện qua bộ phận đốt nóng 1 lớn hơn dòng điện định mức Nhiệt lượng sinh ra trên dây đốt nóng tăng cao đốt nóng bộ phận giãn nở 2 làm bộ phận giãn nở 2 cong bật khỏi hệ thống đòn bẩy 6 Dưới tác dụng của lò xo 4 đòn bẩy 6 bị kéo xuống do đó tiếp điểm 7 mở ra cắt điện cuộn hút 3 công tắc tơ sẽ cắt động cơ ra khỏi nguồn điện như hình b

+ Muốn cho rơle nhiệt trở về vị trí làm việc bình thường ta chỉ cần ấn nút phục hồi 5 lúc đó đòn bẩy 6 được kéo lên và bộ phận giãn nở cũng như tiếp điểm 7 trở về vị trí ban đầu

c Cách chọn

IđnRN ≥ I tínhtoán Trong đó:

IđnRN là dòng điện liên tục lớn nhất đi qua bộ phận đốt nóng

d Ký hiệu

4.5 Một số rơ le thông dụng khác

4.5.1 Rơ le trung gian

+ Rơ le trung gian thực chất là một loại rơ le điện từ đơn giản được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động và thông tin liên lạc

+ Rơ le trung gian thường có nhiều tiếp điểm thường mở và thường đóng

+ Nguồn cấp cho cuộn hút là điện một chiều thường là 6V, 12V, 24V, 36V, 48V + Nguồn cấp cho cuộn hút là điện xoay chiều thường là 110V, 220V, 380V

+ Nguyên lý làm việc: Khi cấp dòng điện vào cuộn dây hút 4 sẽ biến lõi thép 1 trở thành nam châm điện có từ lực thắng được sức căng lò xo 3 hút phần ứng 2 làm cho cặp tiếp điểm thường đóng mở ra, thường mở đóng lại.Khi cắt dòng điện vào cuộn dây hút nhờ lò xo 3 kéo các tiếp điểm và phần ứng trở lại trạng thái ban đầu

* Cấu tạo như hình vẽ

4.5.2 Rơle thời gian:

Rơle thời gian là khí cụ điện tạo ra thời gian duy trì cần thiết để bảo vệ và điều khiển trong mạch điện tự động hoá

1 Rơle thời gian kiểu khí nén

a Cấu tạo

1 khung từ( lõi sắt)

2 phần ứng (nắp)

3 Buồng khí

4 và 5 tiếp điểm

6 màng cao su

7 khung chuyền động và 8 bảng nhựa

9 và 10 Lò xo

11 Lỗ hút không khí

12 Vít điều chỉnh, 13 Van một chiều

14 Tay đòn( thanh truyên động)

15 cuộn hút

b Nguyên lý làm việc

- Khi cấp điện vào cuộn dây 15 nắp 2 bị hút về phía lõi sắt Đòn 14 nối chặt với nắp cũng đồng thời chuyển động Bảng nhựa 8 tì vào đòn 14 bây giờ được buông lỏng và dưới tác dụng của lò so 9 sẽ rơi dần xuống dưới Bảng nhựa 8 nối chặt với màng cao su 6 nên màng mỏng này cũng bị kéo xuống Buồng khí 3 ở phía trên màng tăng thể tích, áp suất không khí giảm xuống không khí bên ngoài sẽ đi qua lỗ 11 vào trong (lỗ càng lớn thì không khí vào càng nhanh) tiếp

điểm 5 sẽ đóng (đóng sớm)

3

4 1 2

Hình 4-6

13

12

11

8

5

4

1

Hình 4-7

3

2

10 9

14

15

- Khi cắt dòng điện nhờ phản lực của lò so 10 đòn 14 bảng nhựa 8 và màng cao

su 6 đồng thời bị kéo lên phía trên không khí ở buồng 3 sẽ qua van 13 thoát ra ngoài

- Khi vặn vít 12 để điều chỉnh lượng không khí đi vào lỗ 11 sẽ điều chỉnh được thời gian đóng của cặp tiếp điểm 5 nhanh hay chậm Còn không khí ở dưới màng 6 có tác dụng cản chuyển động

- Tiếp điểm 5 được đóng chậm và mở ra tức thời còn tiếp điểm 4 thì đóng mở tức thời

Rơle thời gian kiểu khí nén của liên xô cũ PBΠ 72-3 điện áp 220V tần số 50Hz

có thể điều chỉnh được thời gian duy trì từ 0,4 đến 180 giây

2 Rơle thời gian kiểu bán dẫn

a Cấu tạo như hình vẽ

- Tranzitor T1 2N714, BL182, có độ khuyếch đại cao để xung khởi động nhanh thời gian dài

- Tranzitor T2 không yêu cầu cao về chất lượng có thể dùng C1061 hoặc tương

đương

- Tụ điện C =2000μF-, 2,5V để phóng nạp quy định thời gian cho rơle

- Điện trở R2= 1kΩ để bảo vệ T2

- Điện trở R1= 5kΩ

- Biến trở VR= 2,5 MΩ (có thể dùng nhiều điện trở đấu nối tiếp thành nhiều nấc mỗi nấc vài kΩ để dùng một công tắc

- Điốt Đ để bảo vệ cho Rơle R

- Rơle R dùng điện điều khiển là 12 V một chiều , còn dòng điện qua tiếp điểm của rơle tuỳ thuộc vào dòng điện của thiết bị điện mà nó điều khiển

- Nguồn một chiều 12V cho rơle ta phải dùng một biến áp nhỏ 220V/12V qua chỉnh lưu

b Nguyên lý làm việc

Dựa vào sự phóng nạp của tụ C ấn nút M tụ C được nạp trong khoảng vài giây thì

T1 thông làm T2 thông, Rơle hút, đóng mạch cho thiết bị cần điều khiển làm việc

- 12V

+ 12V D

T 2

T 1

R 2 C

R 1

VR

M

Hình 4-8

R