BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN (IUH)

Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện,… ,dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác.. Phâ

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT

CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA ĐIỆN

BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN

Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ các lưới điện, mạch điện, máy điện,… ,dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác

Khí cụ điện sử dụng rộng rãi ớ các nhà máy phát điện ,trạm biến áp ,trong xí nghiệp công nghiệp ,nông nghiệp , lâm nghiệp , giao thông vận tải

VD: công tắc , cầu chì , cầu dao , rơ le …

2

PHÂN LOẠI VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN

Phân loại theo công dụng : gồm 5 loại

Khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện của lưới điện (cầu dao, công tắc…)

Khí cụ điện dùng để mở máy, điều chỉnh tốc độ , điều chỉnh điện áp, dòng điện (công tắc tơ , khởi động từ, )

Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện (cầu chì , …)

Khí cụ điện dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đổi (ổn áp hay thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, dòng điện, tần

số , tốc độ , nhiệt độ…)

Khí cụ điện đo lường (VOM , volt kế, ampe kế…)

3

PHÂN LOẠI

Phân loại theo điện áp :

 Khí cụ điện cao thế: Uđm ≥ 1000V

 Khí cụ điện trung thế : 600V ≤ Uđm <1000V

Phân loại theo nguyên lý làm việc

Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý điện từ

Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý từ điện

Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý cảm ứng

Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý điện động

Khí cụ điện làm việc theo nguyên lý điện nhiệt

Khí cụ điện có tiếp điểm

Khí cụ điện ko có tiếp điểm

PHÂN LOẠI

Phân loại theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ:

Khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới

Khí cụ điện làm việc ở vùng có nhiều rung động

Khí cụ điện làm việc ở vùng mỏ có khí nổ

Khí cụ điện làm việc ở môi trường có chất ăn mòn hoá học

PHÂN LOẠI

 Khi lưới điện xảy ra sự cố ngắn mạch, dòng điện sự cố tăng rất nhiều lần so với dòng định mức Dưới tác dụng của từ trường, các dòng điện này gây ra lực điện động làm biến dạng dây dẫn và cách điện nâng đỡ chúng

 Khí cụ điện phải chịu lực tác động phát sinh khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua là một tiêu chuẩn không thể thiếu của khí cụ điện gọi là tính ổn định lực điện động

LỰC ĐIỆN ĐỘNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN

 Khi tần số của thành phần biến thiên của lực gần bằng với tần số riêng của dao động cơ khí sẽ sinh ra hiện tượng cộng hưởng và có khả năng phá hỏng khí cụ điện

 Vì vậy khi thiết kế khí cụ điện nên chọn tần số riêng của các dao động cơ khí lớn hơn gấp đôi tần số của lực

CỘNG HƯỞNG CƠ KHÍ

Chỗ tiếp giáp giữa hai vật dẫn điện để cho dòng điện

chạy từ vật dẫn này sang vật dẫn kia gọi là tiếp xúc điện

Bề mặt chỗ tiếp giáp của các vật dẫn điện gọi là bề mặt tiếp xúc điện

KHÁI NIỆM VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

 Tiếp xúc cố định : là loại tiếp xúc không tháo lắp giữa 2 vật dẫn, được liên kết bằng bulông, đinh vit, đinh rivê,

các tiếp điểm trong thiết bị đóng cắt)

vành góp máy điện)

PHÂN LOẠI TIẾP XÚC ĐIỆN

 Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo

 Vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu:

 Điện dẫn và nhiệt dẫn cao

 Độ bền chổng rỉ trong không khí và trong các khí khác

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

Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt

 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, Bạc, Nhôm, Vonfram

CÁC YÊU VỀ TIẾP XÚC ĐIỆN

Ăn mòn kim loại

Thực tế dù gia công thế nào thì bề mặt tiếp xúc tiếp điểm

vẫn còn những lỗ nhỏ li ti

Khi vận hành hơi nước và các chất có hoạt tính hóa học cao thấm và đọng lại trong những lỗ nhỏ đó sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra một lớp màng mỏng rất giòn

Khi va chạm trong quá trình đóng mở tiếp điểm, 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

NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

 Oxy hóa

 Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng trên bề mặt tiếp xúc, điện trở suất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng Rtx dẫn đến gây phát nóng tiếp điểm

NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

Hư hỏng do điện

 Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc không được bảo quản thì lò xo tiếp điểm sẽ bị hoen rỉ và yếu đi không đủ lực ép vào tiếp điểm

 Khi có dòng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phát nóng gây nóng chảy, thậm chí hàn dính vào nhau Nếu lực ép tiếp điểm quá yếu có thể phát sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm

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

Cách khắc phục hư hỏng

 Tiếp xúc cố định : nên bôi một lớp mỡ chống rỉ hoặc quét sơn chống ẩm, khi thiết kế nên chọn vật liệu có điện thế hóa học giống nhau hoặc gần bằng nhau cho từng cặp

 Nên sử dụng vật liệu không bị oxy hóa làm tiếp điểm

 Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau thường được mạ thiếc, mạ bạc, mạ kẽm còn tiếp điểm thép thường được mạ cađini, kẽm,

NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

Cách khắc phục hư hỏng

 Thay lò xo tiếp điểm: những lò xo đã rỉ, đã yếu làm giảm lực ép sẽ làm tăng điện trở tiếp xúc, cần lau sạch tiếp điểm bằng vải mềm và thay thế lò xo nén khi lực nén còn quá yếu

 Kiểm tra sửa chữa cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút ngắn thời gian dập hồ quang

 Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của TBĐ như : mạch vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện đều có tổn hao năng lượng tác dụng và biến thành nhiệt năng

 Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của TBĐ, còn 1 phần khác tỏa ra môi trường xung quanh

 Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị không tăng lên nữa mà đạt trị số ổn định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh

PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN

 Nếu nhiệt độ của thiết bị điện tăng cao thì cách điện

bị già hóa và độ bền cơ của các chi tiết bị suy giảm

 Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8oC so với nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%

 Độ bền điện động của thiết bị điện được cho dưới dạng dòng ngắn mạch xung kích

 Khi chọn thiết bị điện đóng cắt, phải kiểm tra xem dòng ngắn mạch đi qua thiết bị đó, có bé hơn dòng xung kích cho phép hay không, nếu không đạt phải chọn thiết bị có dòng xung kích lớn hơn

ỔN ĐỊNH LỰC ĐIỆN ĐỘNG

Đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật định mức

Ổn định nhiệt và ổn định lực điện động

An toàn, chính xác , dễ gia công lắp ráp và dễ sữa chữa

Vật liệu cách điện phải ko bị hư hỏng khi xảy ra sự cố

Làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu và môi trường yêu cầu

CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI KCĐ

HỒ QUANG ĐIỆN

khí với mật độ dòng điện rất lớn ( tới khoảng 102 đến 103

Hồ quang điện có ích : Hồ quang điện thực sự có ích khi được sử dụng trong các lĩnh vực như hàn điện, luyện thép, những lúc này hồ quang cần được duy trì cháy ổn định

HỒ QUANG ĐIỆN

Hồ quang điện có hại : Khi đóng cắt các thiết bị điện như contactor, cầu dao, máy cắt, hồ quang sẽ xuất hiện giữa các cặp tiếp điểm

 Hồ quang cháy lâu sau khi thiết bị điện đã đóng cắt sẽ làm hư hại các tiếp điểm và thiết bị điện

 Để đảm bảo độ làm việc tin cậy của thiết bị điện cần tiến hành dập tắt hồ quang càng nhanh càng tốt

QUÁ TRÌNH PHÁT SINH HỒ QUANG ĐIỆN

 Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (giữa các cặp tiếp điểm) bị ion hóa

 Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường khác nhau như dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh,

 Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trường giữa các điện cực không còn dẫn điện

 Trong thời gian ngắn phải dập tắt được hồ quang, hạn chế phạm vi cháy hồ quang là nhỏ nhất

 Tốc độ đóng mở tiếp điểm phải lớn

 Năng lượng hồ quang sinh ra phải bé, điện trở hồ quang phải tăng nhanh

 Tránh hiện tượng quá điện áp khi dập hồ quang

CÁC YÊU CẦU DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN

CÁC BIỆN PHÁP DẬP TẮT HỒ QUANG ĐIỆN

 Kéo dài ngọn lửa hồ quang

 Dùng năng lượng hồ quang sinh ra để tự dập

 Dùng năng lượng nguồn ngoài để dập

 Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập

 Mắc thêm điện trở song song để dập

CƠ CẤU ĐIỆN TỪ VÀ NAM CHÂM ĐIỆN

Các thiết bị như rơle, công tắc tơ, khởi động từ, áptômát, đều có bộ phận làm nhiệm vụ biến đổi từ điện năng ra cơ năng Bộ phận này gồm có : cuộn dây và mạch

từ gọi chung là cơ cấu điện từ

Mạch từ chia làm các phần chính sau đây :

 Thân mạch từ

 Nắp mạch từ

1.Thân mạch từ; 2 Nắp mạch từ ;3 Cuộn dây

CƠ CẤU ĐIỆN TỪ VÀ NAM CHÂM ĐIỆN

BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN

CHƯƠNG 2 : KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA ĐIỆN

Cầu dao,một pha hai ngã

Một số loại cầu dao dân dụng

Khái Quát Và Công Dụng

Là khí cụ điện dùng đóng cắt mạch điện bằng tay, sử dụng trong mạch điện có nguồn dưới 500V, dòng điện định mức có thể lên tới vài KA

Phải có biện pháp dập tắt hồ quang điện, tốc độ di chuyển lưỡi dao càng nhanh thì hồ quang kéo dài nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn

Cầu dao được bố trí cùng với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

CẦU DAO

CẦU DAO

Cầu chì

Phần chính của cầu dao là lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi, làm bằng hợp kim đồng, bộ phận nối dây cũng làm bằng hợp kim đồng

Cầu dao còn có vỏ cầu dao và tay đóng ngắt bằng vật liệu cách điện là gỗ ,sứ, nhựa…để đảm bảo an toàn cầu dao thường được bọc bởi các vỏ bọc nhựa cách điện

kẹp(tiếp xúc tĩnh,ngàm) CẤU TẠO

Khi đóng ngắt cầu dao, nhờ lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi,

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẦU DAO CẮT NHANH

Khi ngắt điện, tay kéo lưỡi dao chính ra trước, lưỡi dao phụ vẫn kẹp trong ngàm Lò xo liên kết giữa hai lưỡi dao được kéo căng ra và tới một mức nào đó sẽ bật nhanh kéo lưỡi dao phụ ra khỏi ngàm một cách nhanh chóng

Do đó, hồ quang được kéo dài nhanh và hồ quang bị dập tắt trong thời gian ngắn

 Theo kết cấu:

Theo điện áp định mức :250v, 500v

 Theo dòng điện định mức: các loại như 10A ,15A ,20A ,25A, 30A, 60A, 75A, 100A ,150A , 200A , 350A, 600A,1000A…(thường là do nhà sản xuất đưa ra)

 Theo Vật liệu cách điện : có loại đế sứ , đế nhựa hoặc đế

Theo yêu cầu sử dụng : cầu dao có cầu chì bảo vệ ngắn mạch và không có cầu chì bảo vệ ngắn mạch:

Một cực Hai cực Ba cực Bốn cực

Một cực Hai cực Ba cực Bốn cực

Kí hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ

Kí hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ

10

 Chọn cầu dao theo dòng điện dịnh mức và điện áp

định mức

 Gọi Itt là dòng điện tính toán của mạch điện

 U nguồn Là điện áp nguồn của lưới điện sử dụng

Uđm cầu dao ≥ Unguồn

Iđm cầu dao ≥ Itt LỰA CHỌN CẦU DAO

CÔNG TẮC

Khái Quát Và Công Dụng

Công tắc dùng 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

Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì thao tác ngắt nhanh và dứt khoát hơn cầu dao

MỘT SỐ CÔNG TẮC THƯỜNG GẶP

CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH

Công tắc hành trình

CácThông Số Định Mức Của Công tắc:

U đm : điện áp định mức của công tắc

I đm : dòng điện định mức của công tắc

 Trị số điên áp định mức công tắc có giá trị  500V

 Tri số dòng điên định mức công tắc 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…

 Công tắc hành trình và cuối hành trình được dùng trong các

máy cắt gọt kim loại để điều khiển tự động hóa hành trình

làm việc của mạch điện

Một số công tắc thường gặp :

Công tắc ba pha hai ngả Công tắc ba pha

Tiếp điểm thường hở

Tiếp điểm thường đóng

Công tắc hành trình

Cấu Tạo Và Phân Loại

Cấu tạo: phần chính là tiếp điểm đóng mở được gắn trên đế nhựa và có lò xo để thao tác chính xác

Công tắc đóng ngắt trực tiếp

Công tắc chuyển mạch (công tắc xoay, công tắc đảo, công tắc vạn năng), dùng để đóng ngắt chuyển đổi mạch điện, đổi nối sao tam giác cho động cơ

Phân lọai:

Công tắc đóng ngắt trực tiếp Công tắc chuyển mạch:

Công tắc xoay

CÔNG TẮC XOAY

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 lớn hơn 2M

CÁC YÊU CẦU THỬ CÔNG TẮC

NÚT NHẤN

Khái Quát Và Công Dụng

Dùng đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ; dụng cụ báo hiệu, chuyển đổi mạch điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ, khởi động, đảo chiều quay động cơ ,

Đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện và được nghiên cứu, chế tạo làm việc trong môi trường không ẩm 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

CÁC LOẠI NÚT NHẤN THƯỜNG GẶP

Phân lọai:

 Nút nhấn đơn: chỉ có một trạng thái (ON hoặc OFF)

Tiếp điểm thường hở

hoặc

Tiếp điểm thường đóng

OFF hoặc OFF

Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút nhấn, có các loại:

CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI NÚT NHẤN

 Nút nhấn kép: có hai trạng thái (ON và OFF)

Tiếp điểm thường hở liên kết

Tiếp điểm thường đóng

Nút nhấn kép được dùng phổ biến nhất, có thể dùng như nút nhấn ON hay OFF

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 đúc kín khít để chống âm và bụi lọt vào

Phân lọai:

 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 rất kín không lọt được tia lửa ra ngoài và vững chắc để không bị phá vỡ khi nổ

 Theo yêu cầu điều khiển nút ấn có 3 loại: một nút, hai nút,

 CácThông Số Định Mức Của nút nhấn:

Uđm: điện áp định mức của nút nhấn

Iđm: dòng điện định mức của nút nhấn

 Trị số điện 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

Hình dạng của một số dạng nút nhấn:

1) Cầu dao: nêu công dụng, cách phân loại, ký hiệu, nguyên

tắc hoạt động, cách lựa chọn

2) Công tắc: công dụng, cấu tạo, cách lựa chọn

3) Nút nhấn: nêu công dụng, phân loại, ký hiệu, cách lựa

•Bài tập 2: Chọn cầu dao dùng để đóng cắt cho động cơ 3

pha có thông số sau:

Pđm = 5HP; Uđm = 380V; cos đm = 0.8; Kmm = 3

•Bài tập 3: Chọn cầu dao dùng để đóng cắt cho động cơ 1

pha có thông số sau:

Pđm = 5HP; Uđm = 220V; cos đm = 0.8; Kmm = 5

•Bài tập 4: chọn cầu dao để đóng cắt cho mạch điện 2 động

cơ 3 pha có thông số sau:

1)Động cơ 1: Pđm = 5HP; Uđm = 380V; cos đm = 0.8; Kmm = 4

2)Động cơ 2: Pđm = 7.5HP; Uđm = 380V; cos đm = 0.85; Kmm = 5

BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN

CHƯƠNG 3 : CB (CIRCUIT

BREAKER)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA ĐIỆN

Khái Niệm và Yêu Cầu

 CB là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện; dùng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp … mạch điện

 Chọn CB phải thỏa ba yêu cầu sau:

Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn ( mạch dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn lúc các tiếp điểm của đã đóng hay đang đóng)

CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn ( vài chục KA) Sau khi ngắt dòng ngắn mạch, CB đảm bảo vẫn làm việc tốt

Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện,CB phải có thời gian cắt nhỏ Do đó thường kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB

CB