LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU về KHÍ cụ điện và một số ỨNG DỤNG

Vì vậy, khí cụ điện đòi hỏi người làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trongnghề điện phải hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng củatừng loại khí cụ

Trang 2

Sau thời gian dài nghiên cứu thì đề tài: “Tìm hiểu về khí cụ điện

và một số ứng dụng” đã hoàn thành Để nghiên cứu thành công đề tài

này, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của:

- Khoa Sư Phạm, Bộ môn Vật Lý đã tạo điều kiện cho tôi nghiêncứu khoa học

- Thầy Lê Văn Nhạn đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trìnhlàm luận văn tốt nghiệp

- Các thầy cô và các anh chị làm việc trong Trung Tâm Học Liệutrường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trìnhnghiên cứu đề tài này

- Cám ơn cha me tôi đã ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần cho tôi

- Các bạn lớp Sư Phạm Vật lý – công nghệ K33 đã giúp đỡ tôitrong quá trình tìm kiếm tài liệu

Cuối cùng tôi xin gửi lời tri ân chân thành nhất đến quý thầy cô Bộmôn Sư phạm Vật Lý, Khoa Sư phạm, trường Đại học Cần Thơ Kínhchúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe và hạnh phúc!

Cần Thơ, ngày 10 tháng 04 năm 2011

Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên)

Phạm Thị Nguyền

Trang 3

Cần Thơ, ngày tháng năm 2011

Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN



Giáo viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 5

Giáo viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 6

MỤC LỤC

Trang

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

1.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

1.2 Giới hạn của đề tài 2

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 2

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài 2

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài 3

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 3

5 CÁC THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG TRONG ĐỀ TÀI 3

PHẦN NỘI DUNG 4

PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN 4

CHƯƠNG 1: PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN 4

1 KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN 4

2 PHẠM VI ỨNG DỤNG 4

3 PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN 4

3.1 Phân loại khí cụ điện 4

3.1.1 Phân loại theo công dụng 4

3.1.2 Phân loại theo tính chất dòng điện 5

3.1.3 Phân loại theo nguyên lý làm việc 5

3.1.4 Phân loại theo điều kiện làm việc 5

3.1.5 Phân loại theo cấp điện áp 5

3.2 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện 5

4 PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN 5

4.1 Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện 5

4.2 Các chế độ phát nóng của khí cụ điện 6

4.2.1 Khái niệm 6

4.2.2 Các chế độ làm việc của khí cụ điện 7

Trang 7

4.2.2.2 Chế độ làm việc ngắn hạn 8

4.2.2.3 Chế độ ngắn hạn lặp lại 8

4.3 Các trạng thái làm việc của khí cụ điện 9

4.3.1 Trạng thái làm việc bình thường 9

4.3.2 Trạng thái làm việc không bình thường 9

CHƯƠNG 2: TIẾP XÚC ĐIỆN – HỒ QUANG ĐIỆN 10

1 TIẾP XÚC ĐIỆN 10

1.1 Khái niệm 10

1.2 Các yêu cầu về tiếp xúc điện 10

1.3 Phân loại tiếp xúc điện 10

1.4 Điện trở tiếp xúc 11

2 HỒ QUANG ĐIỆN 13

2.1 Khái niệm và tính chất của phóng điện hồ quang 13

2.1.1 Khái niệm 13

2.1.2 Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang 14

2.1.3 Quá trình phát sinh và dập hồ quang điện 15

2.1.3.1 Quá trình phát sinh hồ quang 15

2.1.3.2 Quá trình dập tắt hồ quang 16

3 LỰC ĐIỆN ĐỘNG 16

3.2 Phương pháp tính lực điện động 17

3.2.1 Phương pháp 1 17

3.2.2 Phương pháp 2 18

3.2.3 Lực điện động của một số dạng dây dẫn 18

PHẦN II: TÌM HIỂU ĐẶC TÍNH, KẾT CẤU, TÍNH TOÁN LỰA CHỌN SỬ DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP 25

CHƯƠNG 3: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT-BẢO VỆ MẠCH ĐIỆN 25 1 ÁPTÔMAT 25

1.1 Khái niệm và yêu cầu 25

1.1.1 Khái niệm 25

Trang 8

1.1.2 Yêu cầu 25

2.2 Kí hiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động 26

2.2.1 Kí hiệu 26

2.2.2 Cấu tạo 26

2.2.1.1 Tiếp điểm 26

2.2.1.2 Bộ dập hồ quang 27

2.2.1.3 Cơ cấu truyền động cắt 27

2.2.1.4 Móc bảo vệ 27

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 27

2.3 Phân loại, các thông số định mức và cách lựa chọn CB 28

2.3.1 Phân loại 28

2.3.2 Các thông số định mức 28

2.3.3 Cách lựa chọn 29

2 CẦU CHÌ 30

2.1 Khái niệm và công dụng 30

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 30

2.2.1 Cấu tạo 30

2.2.3 Đặc tính Ampe - giây của cầu chì 31

2.3 Kí hiệu và phân loại 32

2.3.1 Kí hiệu 32

2.3.2 Phân loại 32

3 THIẾT BỊ CHỐNG DÒNG ĐIỆN RÒ 32

3.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 32

3.2.1 Áptômat so lệch 32

3.2.2 Cầu dao so lệch 33

3.2.3 Thiết bị chống dòng điện rò RCCB 33

3.2.4 Công tắc bảo vệ FI 35

Chương 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY 37

1 CẦU DAO 37

1.1 Khái quát và công dụng 37

Trang 9

1.2.1 Kí hiệu 37

1.2.2 Cấu tạo 38

1.2.4 Phân loại và lựa chọn cầu dao 39

1.2.4.1 Phân loại 39

1.2.4.2 Lựa chọn cầu dao 39

2 CÔNG TẮC 39

2.1 Khái niệm và công dụng 39

2.2 Phân loại và cấu tạo 39

2.2.1 Cấu tạo 40

2.2.2 Phân loại 40

2.3 Các yêu cầu thử của công tắc 40

3 NÚT NHẤN 40

3.1 Khái quát, công dụng, kí hiệu 41

3.2 Phân loại và cấu tạo 41

3.2.1 Cấu tạo 41

3.2.2 Phân loại 41

Chương V: KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN MẠCH ĐIỆN 42

1 CONTACTOR 42

1.2 Kí hiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động 42

1.2.1 Kí hiệu 43

1.2.2 Cấu tạo 43

1.2.2.1 Nam châm điện 44

1.2.2.2 Hệ thống dập hồ quang điện 44

1.2.2.3 Hệ thống tiếp điểm của contactor 44

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của Contactor 45

1.3 Các thông số cơ bản của contactor 46

1.3.1 Điện áp định mức 46

1.3.2 Điện áp định mức của cuộn dây 46

1.3.3 Dòng điện định mức 46

Trang 10

1.3.4 Khả năng cắt và khả năng đóng 46

1.3.5 Tuổi thọ của contactor 46

1.3.6 Tần số thao tác 46

1.3.7 Tính ổn định lực điện động 47

1.3.8 Tính ổn định nhiệt 47

1.4 Cách lựa chọn 47

2 RƠLE ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ 47

2.1 Khái quát và phân loại 47

2.2 Một số loại rơle thông dụng 48

2.2.1 Rơle trung gian 48

2.2.1.1 Khái niệm và cấu tạo 48

2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 49

2.2.2 Rơle thời gian 50

2.2.2.1 Khái niệm 50

2.2.2.2 Rơle thời gian ON DELAY 50

2.2.2.3 Rơle thời gian OFF DELAY 51

2.2.3 Rơle nhiệt 52

2.2.3.1 Khái niệm 52

2.2.3.2 Nguyên lý hoạt động 52

2.2.3.3 Kí hiệu và phân loại rơle nhiệt 53

2.2.3.4 Chọn lựa rơle nhiệt 54

2.2.4 Rơle dòng điện 55

2.2.5 Rơle điện áp 55

2.2.6 Rơle vận tốc 55

3 KHỞI ĐỘNG TỪ 55

3.1 Khái quát và công dụng 55

3.2 Các yêu cầu kỹ thuật 55

3.3 Kết cấu và nguyên lý làm việc 56

3.3.1 Kết cấu 56

3.3.2 Nguyên lý làm việc của khởi động từ 56

3.3.2.1 Khởi động từ và hai nút nhấn 56

3.3.2.2 Khởi động từ đảo chiều và ba nút nhấn 57

Trang 11

PHẦN 3 : GIỚI THIỆU ĐẶC TÍNH, KẾT CẤU

KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP 59

Chương 6 :KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP 59

1 MÁY CẮT ĐIỆN CAO ÁP 59

1.1 Khái niệm chung 59

1.2 Phân loại máy cắt 59

1.2.1 Máy cắt nhiều dầu 60

1.2.2 Máy cắt ít dầu 61

1.3 Các thông số của máy cắt 62

1.4 Các yêu cầu của máy cắt 63

2 DAO CÁCH LY 63

2.1 Khái niệm chung 63

2.2 cấu tạo 63

2.3 Phân loại dao cách ly 64

2.4 Chọn dao cách ly 64

2.5 Các yêu cầu của dao cách ly 65

3 CẦU CHÌ CAO ÁP ( DAO NGẮN MẠCH) 65

PHẦN 4: ỨNG DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN DÙNG TRONG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP 67

CHƯƠNG 7: MỘT SỐ SƠ ĐỒ CĂN BẢN VỀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN, VẬN HÀNH 67

1 MẠCH ĐIỆN KHỞI ĐỘNG - DỪNG MỘT ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA 67

1.1 Nguyên lý 67

1.2 Sơ đồ mạch 67

1.3 Trang bị điện của mạch 67

1.4 Thứ tự thực hiện 68

1.5 Ưu – nhược điểm của mạch trên so với đóng cắt động cơ 3 pha bằng cầu dao hoặc áptomát 68

2 MẠCH ĐIỆN KHỞI ĐỘNG THỨ TỰ HAI ĐỘNG CƠ 3 PHA 68

2.1 Nguyên lý hoạt động 68

Trang 12

2.2 Sơ đồ mạch 68

3 MẠCH ĐIỆN ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA 70

3.2 Sơ đồ mạch 70

4 MẠCH ĐIỆN KHỞI ĐỘNG MỘT CƠ BA PHA-TỰ ĐỘNG DỪNG 71

4.2 Sơ đồ mạch 71

5 MẠCH ĐIỆN TỰ ĐỘNG KHỞI ĐỘNG THEO THỨ TỰ CỦA HAI ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA 72

5.2 Sơ đồ mạch 72

PHẦN KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 13

Đề tài: “Tìm hiểu về khí cụ điện và một số ứng dụng”

Lớp: Sư phạm Vật lý - công nghệ K33MSSV: 1076681

Đề tài gồm bốn phần: phần Mở đầu, phần Nội dung, phần Kết luận và phần Phụ lục

 Phần mở đầu: Trình bày sơ lược về những lý do và các phương pháp để thực hiện đềtài “Tìm hiểu về khí cụ điện và một số ứng dụng”

 Phần nội dung: Được chia làm 4 phần lớn:

 Phần 1: Trình bày những cơ sở lý thuyết của các khí cụ điện Đây là phần quantrọng nhất Toàn bộ các lý thuyết này là cơ sở để xây dựng, tính toán thiết kế và tìm hiểuđặc tính kết cấu một số khí cụ điện điện sẽ được đề cập ở phần sau

 Phần 2: Trình bày nguyên lý, cấu tạo, hoạt động của các loại khí cụ điện hạ áp – làkhí cụ thường sử dụng trong các nhà máy phát điện, các trạm biến áp, trong các xí nghiệpcông nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải, quốc phòng

 Phần 3: Trình bày sơ lược kết cấu và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điệncao áp Đây là các khí cụ được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điện năng như: nhàmáy phát điện, các trạm biến áp…vì vậy những lý thuyết về khí cụ này là rất cần thiết

 Phần 4: Trình bày một số mạch điện ứng dụng khí cụ điện thường gặp để vận hànhđộng cơ

 Phần kết luận: Tóm lược những kết quả đạt được khi thực hiện đề tài và những khókhăn trong quá trình thực hiện

Trang 14

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Ths.Lê Văn Nhạn

Hiện nay, ở nước ta hầu hết các hoạt động của xã hội đều gắn với việc sử dụng điệnnăng Điện năng không những được sử dụng ở thành phố mà còn được đưa về nông thôn,miền núi nhờ các trạm phát điện địa phương Cùng với sự phát triển của điện năng, cáckhí cụ điện được sử dụng ngày càng tăng lên không ngừng Chất lượng của các khí cụđiện cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công nghệmới Vì vậy, khí cụ điện đòi hỏi người làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trongnghề điện phải hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng củatừng loại khí cụ điện nắm được các hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và cách sửa chữacác khí cụ điện, để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế, tiết kiệm điện năng trong sửdụng và an toàn cho người sử dụng

Trong quá trình sử dụng điện thì không tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra như hiệntượng quá điện áp, quá dòng điện, hiện tượng ngắn mạch,… Để bảo đảm vấn đề an toàntính mạng cho con người, bảo vệ các thiết bị điện, tránh tổn thất kinh tế, tránh sự cố đángtiếc có thể xảy ra khi sử dụng và vận hành các thiết bị điện là nhiệm vụ hàng đầu Việcứng dụng khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, chất lượng tốt hơn và luôn đổi

mới trong công nghệ Chính vì vậy, tôi đã quyết định chọn đề tài: ”Tìm hiểu về khí cụ điện và một số ứng dụng” để có cơ hội tìm hiểu kĩ hơn những đặc điểm, tính chất vật lý

ứng dụng trong khí cụ điện, ở đây tôi chỉ nghiên cứu khí cụ điện dưới góc độ vật lý và

Trang 15

những ứng dụng khí cụ điện trong cuộc sống hằng ngày, cũng như việc phục vụ việc dạyhọc sau này.

1.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài:

- Tìm hiểu những đặc điểm cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, tính chất của khí cụ điện

- Tìm hiểu về đặc tính vật lý và những ứng dụng của khí cụ điện thông qua đó khảosát tìm hiểu một số sơ đồ mạch điện đặc biệt để ứng dụng trong khí cụ điện

1.2 Giới hạn của đề tài:

- Chỉ tìm hiểu kĩ những tính chất đặc điểm nguyên tắc hoạt động của khí cụ điện dướigóc độ vật lý

-Do không có điều kiện tiếp xúc trực tiếp các loại khí cụ điện nên tôi chỉ tìm hiểu cácloại khí cụ điện và ứng dụng thường gặp trong cuộc sống thông qua các tài liệu thamkhảo và trên Internet

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học và kỹ thuật, con người đã làmđược rất nhiều điều mà trước đây không thực hiện đươc, chỉ nằm trong trí tưởng tượngnhư máy bay, tên lửa, điện thoại di động, năng lượng hạt nhân, thủy điện….những loạimáy móc thiết bị ngày càng phổ biến gắn liền với cuộc sống Đặc biệt, khí cụ điện đượcxem là dũng sĩ bảo vệ các thiết bị điện Các loại khí cụ điện hiện đại được sản xuất raluôn đảm bảo khả năng tự động hóa cao Để giải quyết vấn đề về mâu thuẩn giữa nhu cầu

sử dụng và an toàn khi sử dụng của các dụng cụ điện tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy

ra như hiện tượng quá điện áp, quá dòng điện, hiện tượng ngắn mạch,… Để bảo đảm vấn

đề an toàn tính mạng cho con người, bảo vệ các thiết bị điện và tránh tổn thất kinh tế cóthể xảy ra thì việc ứng dụng khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, chất lượng tốthơn và luôn đổi mới trong công nghệ Chúng có cấu tạo như thế nào và hoạt động theonguyên tắc nào? Còn nhiều điều liên quan chúng mà tại sao chúng có thể bảo vệ được cácthiết bị điện của chúng ta? Chúng hoạt động theo nguyên tắc vật lý nào? Tôi nghiên cứu

về khí cụ điện các nước tiên tiến trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Thôngqua đó, tôi tìm hiểu về tình hình phát triển điện và các thiết bị bảo vệ điện về nhữngthuận lợi và thử thách đặt ra phải bảo vệ điện đối với các nước trên thế giới kể cả ViệtNam

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài:

Trang 16

- Để thực hiện đề tài này, tôi đã hoàn thành phần nghiên cứu của mình với phương

pháp sau: Nghiên cứu lý thuyết, phân tích và tổng hợp các tài liệu, các phương phápthử nghiệm

- Áp dụng kiến thức vật lý trong việc khảo sát cấu tạo, tính năng kỹ thuật của khí cụ

điện

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài:

- Xây dựng cơ sở lý thuyết

- Sử dụng kiến thức vật lý

- Tài liệu tham khảo: Sách, báo, bài giảng, khai thác thông tin trên Internet

- Ý kiến nhận được từ: Giáo viên hướng dẫn, các thầy cô và các bạn

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:

- Nhận đề tài, xác định nhiệm vụ cần đạt được của đề tài

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến của thầy cô, bạn bè

- Tổng hợp tài liệu, tiến hành viết đề tài và trao đổi với giáo viên hướng dẫn

- Nộp đề tài cho giáo viên hướng dẫn, giáo viên phản biện, tham khảo ý kiến và chỉnhsửa

- Viết luận văn hoàn chỉnh

- Báo cáo luận văn

5 CÁC THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG TRONG ĐỀ TÀI:

AB Air Breaker( áptômat, cũng gọi là ngắt điện tự động)

CB Circuit Breaker ( áptômat, cũng gọi là ngắt điện tự động)

DDR Áptômat so lệch ( Disjoncteur courant Differentiel Residuel)

ID Cầu dao bảo vệ so lệch ( Interrupteur Differentiel)

RCCB: Thiết bị chống dòng điện rò ( Residual Current Circuit Breaker)

DS Dao cách ly ( Disconnecting Switch)

Trang 17

PHẦN NỘI DUNG



PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN

CHƯƠNG 1: PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN

1 KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN:

Khí cụ điện (KCĐ) là thiết bị điện dùng để: Đóng cắt, điều khiển, kiểm tra, tự độngđiều khiển, khống chế các đối tượng điện (lưới điện, mạch điện, máy điện ) cũng nhưkhông điện và bảo vệ chung trong trường hợp có sự cố

Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích cỡkhác nhau, được dùng rộng rải trong mọi lĩnh vực của cuộc sống

2 PHẠM VI ỨNG DỤNG:

Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy phát điện, các trạm biến áp, trongcác xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải, quốcphòng

Ở nước ta khí cụ điện hầu hết được nhập từ nhiều nước khác nhau nên quy cáchkhông thống nhất, việc bảo quản và sử dụng có nhiều thiếu sót dẫn đến hư hỏng, gây thiệthại khá nhiều về kinh tế Do đó, việc nâng cao hiệu quả sử dụng, bổ túc kiến thức bảodưỡng, bảo quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp điều kiện khí hậu nhiệt đớicủa ta là nhiệm vụ quan trọng cần thiết đối với học sinh - sinh viên chuyên ngành điệnhiện nay

3 PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ

ĐIỆN:

3.1 Phân loại khí cụ điện:

3.1.1.Phân loại theo công dụng:

- Nhóm KCĐ khống chế: Dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các

máy phát điện, động cơ điện (như cầu dao, áptômat, công tắc tơ)

- Nhóm KCĐ bảo vệ: Làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi

có quá tải, ngắn mạch, sụt áp,…( như rơle, cầu chì, máy cắt,…)

- Nhóm KCĐ tự động điều khiển từ xa: Làm nhiệm vụ thu nhận phân tích và khống

chế sự hoạt động của các mạch điện như khởi động từ

- Nhóm KCĐ hạn chế dòng điện ngắn mạch (như điện trở phụ, cuộn kháng,…)

Trang 18

- Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động

điều chỉnh điện áp máy phát…)

- Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ đo lường (như máy biến dòng điện, biến áp đo lường,…).

3.1.2 Phân loại theo tính chất dòng điện:

- Nhóm KCĐ dùng trong mạch điện một chiều

- Nhóm KCĐ dùng trong mạch điện xoay chiều

3.1.3 Phân loại theo nguyên lý làm việc:

Khí cụ điện được chia các nhóm với nguyên lý điện cơ, điện từ, từ điện, điện động,nhiệt, có tiếp xúc và không có tiếp xúc

3.1.4 Phân loại theo điều kiện làm việc:

Loại làm việc vùng nhiệt đới khí hậu nóng ẩm, loại làm việc ở vùng ôn đới, có loạichống được khí cháy nổ, loại chịu rung động…

3.1.5 Phân loại theo cấp điện áp:

- Khí cụ điện hạ áp có điện áp dưới 3 kV

- Khí cụ điện trung áp có điện áp từ 3 kV đến 36 kV

- Khí cụ điện cao áp có điện áp từ 36 kV đến nhỏ hơn 400 kV

- Khí cụ điện siêu cao áp có điện áp từ 400 kV trở lên

3.2 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện:

Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị và đảm bảo độ tin cậy của khí cụ điện thì khí cụđiện phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

- Thiết bị điện phải đảm bảo ổn định nhiệt, điện động và ổn định động khi làm việcbình thường, đặc biệt khi có sự cố trong giới hạn cho phép của dòng điện và điện áp

- Phải đảm bảo sử dụng được lâu dài đúng tuổi thọ thiết kế khi làm việc với các thông

số kỹ thuật ở định mức

- Vật liệu cách điện phải tốt để khi xảy ra quá áp trong phạm vi cho phép cách điệnkhông bị chọc thủng

- Thiết bị điện phải đảm bảo làm việc tin cậy, chính xác an toàn, gọn nhẹ, dễ lắp ráp,

dễ kiểm tra sửa chữa

Ngoài ra còn yêu cầu phải làm việc ổn định ở điều kiện khí hậu môi trường mà khithiết kế cho phép

4 PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN:

4.1 Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện:

Trang 19

- Tổn thất điện năng trong khí cụ điện được tính:

(1.1)

Trong đó: Q: Điện năng tổn thất (J)

i: Dòng điện trong mạch (A) R: Điên trở của khí cụ ()

t: Thời gian có dòng điện chạy qua (s)

- Đối với dây dẫn đồng chất

Trong đó: 0: Điện trở suất của vật liệu ở 0oC

l: Chiều dài dây dẫn

 : Hệ số nhiệt độ của điện trở đm

 : Nhiệt độ cho phép ở chế độ định mức S: Tiết diện có dòng điện chạy qua

4.2 Các chế độ phát nóng của khí cụ điện:

4.2.1 Khái niệm:

Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo 1.1) Nếu nhiệt độ vượtquá giá trị cho phép, khí cụ điện sẽ mau hỏng, vật liệu cách điện sẽ chóng lão hóa và độbền cơ khí sẽ giảm đi nhanh chóng

Bảng 1.1: Nhiệt độ cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện

Cấp cách

nhiệt

Nhiệt độ cho phép ( o C) Các vật liệu làm khí cụ điện chủ yếu

110 Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện

75 Dây nối tiếp xúc cố định

75 Tiếp xúc dạng hình ngón của đồng và hợp kim đồng

110 Tiếp xúc trượt của đồng và hợp kim đồng

120 Tiếp xúc má bạc

110 Vật không dẫn điện và không bọc cách điện

Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu tương tự các loại

nhựa như: nhựa polietilen, nhựa polistirol, vinyl clorua, anilin

A 105 Giấy, vải sợi, lụa tẩm dầu, cao su nhân tạo, nhựa polieste, các loại

sơn cách điện có dầu làm khô

s

l ).

1 (

R o    dm

t R i Q t

0

2





Trang 20

E 120 Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi giấy ép hoặc vải có

tẩm nhựa phenolfocmandehit (gọi chung là bakelit giấy) Nhựamelaminfocmandehit có chất độn xenlulo Vải có tẩm poliamit.nhựa poliamit, nhựa phênol - phurol có độn xenlulo

B 130 Nhựa polieste, amiăng, mica, thủy tinh có chất độn Sơn cách điện

có dầu làm khô, dùng ở các bộ phận không tiếp xúc với không khí.Sơn cách điện alkit, sơn cách điện từ nhựa phenol Các loại sảnphẩm mica (micanit, mica màng mỏng) nhựa phênol-phurol cóchất độn khoáng Nhựa eboxi, sợi thủy tinh, nhựa melaminfocmandehit

F 155 Sợi amiăng, sợi thủy tinh không có chất kết dính

H 180 Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính

C trên 180 Mica không có chất kết dính, thủy tinh, sứ, politetraflotilen,

polimonoclortrifloetilen

Tuỳ theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau Có ba chế độ làmviệc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại

4.2.2 Các chế độ làm việc của khí cụ điện:

4.2.2.1 Chế độ làm việc lâu dài:

Khí cụ điện làm việc lâu dài, nhiệt độ trong khí cụ điện bắt đầu tăng và đến nhiệt độ

ổn định thì không tăng nữa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh bằng nhiệt khí

cụ nhận trong quá trình làm việc

Hình 1.1: Đồ thị thể hiện chế độ làm việc lâu dài của khí cụ điện

Trang 21

4.2.2.2 Chế độ làm việc ngắn hạn:

Là chế độ khi đóng điện nhiệt độ của nó không đạt đến nhiệt độ ổn định, sau khi phátnóng ngắn hạn, khí cụ được ngắt nhiệt độ của nó sụt xuống tới mức không so sánh đượcvới môi trường xung quanh

4.2.2.3 Chế độ ngắn hạn lặp lại:

Nhiệt độ KCĐ tăng lên trong khoảng thời gian KCĐ làm việc, nhiệt độ KCĐ giảmxuống trong khoảng thời gian KCĐ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban đầu thìkhí cụ điện làm việc lặp lại Sau một khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất gầnbằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì KCĐ đạt được chế độ dừng

Hình 1.2: Đồ thị thể hiện chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ điện

Hình 1.3: Đồ thị thể hiện chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của khí cụ điện

Trang 22

4.3 Các trạng thái làm việc của khí cụ điện:

4.3.1 Trạng thái làm việc bình thường:

Các KCĐ cũng như các thiết bị điện làm việc với các đại lượng thông số không vượtquá trị số định mức như các đại lượng về dòng điện, điện áp, công suất đại lượng địnhmức là những trị số của các thông số mà thiết bị điện được sử dụng hết khả năng củachúng, đồng thời đảm bảo làm việc lâu dài

4.3.2 Trạng thái làm việc không bình thường:

Khi một trong các đại lượng vượt quá trị số cho phép gọi là làm việc trong trạng tháikhông bình thường

Ví dụ:

- Quá dòng điện (dòng điện vượt quá trị số định mức) như: quá tải, ngắn mạch, khi đócác tổn hao trong dây quấn và lõi thép vượt quá mức bình thường làm nhiệt độ tăng caogây hư hỏng KCĐ

- Quá điện áp (điện áp vượt quá trị số định mức) như trong trường hợp quá điện áp dosét đánh Khi đó, điện trường trong vật liệu cách điện tăng cao có thể xả0y ra phóng điện,gây hư hỏng cách điện

- Các loại ngắn mạch: ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 1 pha, ngắnmạch do chạm đất Khi ngắn mạch dòng điện rất lớn, đây là trường hợp sự cố của mạchđiện nên cần thiết phải có thiết bị bảo vệ

TÓM LẠI:

Khí cụ điện bảo vệ các thiết bị điện cũng như không điện trong trường hợp có các sự

cố Khí cụ điện phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản khi sử dụng Do đó, khí cụ điệnđược phân loại theo yêu cầu sử dụng

Với sự phát triển của ngành công nghiệp điện năng các thiết bị điện dân dụng, điệncông nghiệp cũng như các khí cụ điện được sử dụng ngày càng tăng lên không ngừng.Chất lượng của các khí cụ điện cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sựphát triển của công nghệ mới Vì vậy đòi hỏi người làm việc trong các ngành, nghề vàđặc biệt trong các nhà lý thuyết nghiên cứu về điện phải hiểu rõ về các yêu cầu, nắmvững cơ sở lý thuyết khí cụ điện để nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụngcủa từng loại khí cụ điện để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điệnnăng trong sử dụng

Trang 23

Nội dung chương này nhằm trang bị những kiến thức cơ bản và cần thiết về cơ sở lýthuyết vật lý để nghiên cứu nhiệt phát ra làm nóng khí cụ điện các điện trở, chất liệu làmdây dẫn, hiệu điện thế sử dụng và tiết diện dây dẫn Trong khí cụ điện nhằm ứng dụng cóhiệu quả trong ngành điện và thực tiễn.

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

1.2 Các yêu cầu về tiếp xúc điện:

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

- Mối nối không được phát nóng quá giá trị cho phép

- Ổn định nhiệt và ổn định động khi có dòng điện cực đại đi qua

- Chịu được tác động của mội trường (nhiệt độ, chất hóa học…)

Để đảm bảo 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 cứng bé để giảm lực nén

- 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 dùng làm tiếp điểm: đồng, bạc, nhôm, vôn-fram…

Một yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới độ tin cậy làm việc và nhiệt độ phát nóng của tiếpxúc điện là điện trở tiếp xúc Rtx

1.3 Phân loại tiếp xúc điện:

Dựa vào mối liên kết tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra các dạng sau:

Trang 24

 Tiếp xúc cố định: Là loại tiếp xúc không tháo lắp giữa 2 vật dẫn, được liên kếtbằng bulông, đinh vít, đinh rivê,

 Tiếp xúc đóng mở: Là tiếp xúc mà có thể làm cho dòng điện chạy hoặc ngừng chạy

từ vật dẫn này sang vật dẫn khác (như các tiếp điểm trong thiết bị đóng cắt)

 Tiếp xúc trượt: Là vật dẫn điện này có thể trượt trên bề mặt của vật dẫn điện kia (ví

dụ như chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt)

1.4 Điện trở tiếp xúc:

Xét khi đặt hai vật dẫn tiếp xúc nhau, ta sẽ có diện tích bề mặt tiếp xúc:

l a

Trang 25

a: Bề rộng vật dẫn đơn vị mét (m).

l: Chiều dài đơn vị mét (m)

Diện tích tiếp xúc còn phụ thuộc vào lực ép lên trên tiếp điểm và vật liệu làm tiếpđiểm, lực ép càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn

Diện tích tiếp xúc thực ở một điểm (như mặt cầu tiếp xúc với mặt phẳng) xác địnhbởi:

d

F S



Trong đó: F là lực ép vào tiếp điểm [kgf]

d là ứng suất chống dập nát của vật liệu làm tiếp điểm [kg/cm2

]

Rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của thiết bị điện,điện trở tiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng Nếu phát nóng quá mức cho phép thìtiếp điểm sẽ bị nóng chảy, thậm chí bị hàn dính, hoặc tăng nhanh quá trình axít hóa.Trong các tiếp điểm thiết bị điện mong muốn điện trở tiếp xúc có giá trị càng nhỏcàng tốt, nhưng do thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến Rtx nên không thể giảm Rtxcực nhỏ được như mong muốn

Nếu tiếp xúc ở n điểm thì diện tích sẽ lớn lên n lần so với biểu thức (2.2)

Dòng điện chạy từ vật này sang vật khác chỉ qua những điểm tiếp xúc, như vậy dòngđiện ở các chỗ tiếp xúc đó sẽ bị thắt hẹp lại, dẫn tới điện trở ở những chỗ này tăng lên.Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kì tính theo công thức:

tx m

K R F

Hình 2.4: Tiếp xúc của 2 vật dẫn điện

Trang 26

Trong các loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (cầu dao, contactor, rơle…)

hồ quang thường xảy ra ở các tiếp điểm khi cắt dòng điện Trước đó khi các tiếp điểmđóng điện trong mạch có dòng điện, điện áp trên phụ tải là u còn điện áp trên 2 tiếp điểm

a, b bằng 0 Khi cắt điện 2 tiếp điểm a, b rời nhau (h2) lúc này dòng điện giảm nhỏ Toàn

bộ điện áp u đặt lên 2 cực a, b do khoảng cách d giữa 2 tiếp điểm rất nhỏ nên điện trường

50000C) và thường kèm theo hiện tượng phát sáng Điện áp càng cao dòng điện càng lớnthì hồ quang càng mãnh liệt (Hình 2.6)

Dọc theo chiều dài hồ quang được chia làm 3 vùng: Vùng xung quanh cực âm (VùngK) cách cực âm khoảng 10-4 đến 10-5cm, vùng này tuy điện áp nhỏ (8 đến 10V) nhưngkhoảng cách rất bé nên cường độ điện trường rất lớn (105 đến 106V/cm) Còn vùng có

Trang 27

chiều dài gần hết hồ quang là vùng thân, vùng này có cường độ điện trường chỉ khoảng

10 đến 50V/cm Vùng còn lại là vùng cực dương (vùng A) có cường độ điện trường lớnhơn vùng thân nhưng các yếu tố xảy ra ở đây theo lý thuyết hiện đại thì ít ảnh hưởng đếnquá trình phát sinh và dập hồ quang nên không được đề cập

Hồ quang điện được chia làm 2 loại:

 Hồ quang điện có ích: Khi được sử dụng trong các lĩnh vực hàn điện, đun chảy vậtliệu kim loại, luyện thép, làm đèn chiếu sáng,… những lúc này hồ quang cần được duy trì

2.1.2 Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang:

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

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

Trang 28

- Mật độ dòng điện tại Catốt lớn (104105) A/cm2

- Sụt áp ở catốt bằng 10-20V và thực tế không phụ thuộc vào dòng điện

2.1.3 Quá trình phát sinh và dập hồ quang điện:

Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếpđiểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện) do tác động của nhiệt

2.1.3.1 Quá trình phát sinh hồ quang:

 Đối với 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 khoảng không gian này sẽ sinh ra điệntrường có cường độ rất lớn (3.107 V/cm) có thể làm bật điện tử từ catốt gọi là phát xạcatốt lạnh Số điện tử càng nhiều, chuyển động dưới tác dụng của điện trường làm ionhóa không khí gây hồ quang

 Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn: Lúc đầu mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng cótrị số nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua ít Mật độ dòng điện tăng đáng

kể đến hàng chục nghìn A/cm2, do đó tại các tiếp điểm sự phát nóng sẽ tăng đến mức làmchảy kim loại, giọt kim loại đươc kéo căng ra trở thành cầu chất lỏng và nối liền 2 tiếpđiểm này, nhiệt độ của cầu chất lỏng tiếp tục tăng, lúc đó cầu chất lỏng bốc hơi và trongkhông gian giữa 2 tiếp điểm xuất hiện hồ quang

 Vì quá trình phát nóng của cầu thực hiện rất nhanh nên sự bốc hơi mang tính chất

nổ dẫn đến sự mài mòn tiếp điểm

Trang 29

2.1.3.2 Quá trình dập tắt hồ quang:

Điều kiện để dập tắt hồ quang là:

- Hạ nhiệt độ hồ quang: Bằng cách dùng hơi khí hoặc dầu làm nguội, dùng vách ngăn

Trong hệ thống gồm vài vật dẫn mang dòng điện, bất kỳ một vật dẫn nào trong chúngcũng có thể được coi là đặt trong từ trường tạo nên bởi các dòng điện chạy trong các vậtdẫn khác Do đó, giữa các vật dẫn mang dòng điện luôn có từ thông tổng tương hỗ mócvòng, kết quả là luôn có các lực từ (được gọi là lực điện động) Tương tự như vậy, có cáclực điện động sinh ra giữa các vật mang dòng điện và khối sắt từ Chiều của lực điệnđộng được xác định bằng qui tắc “bàn tay trái” hoặc bằng nguyên tắc chung như sau: Lựctác dụng lên vật dẫn mang dòng điện có xu hướng làm biến đổi mạch vòng dòng điện saocho từ thông qua nó tăng lên

Z

h q

Ihq

Hình 2.8: Quá trình phát sinh hồ quang đối với tiếp điểm có dòng điện lớn

Trang 30

Trong điều kiện sử dụng bình thường, các lực điện động đều nhỏ và không gây nênbiến dạng các chi tiết mang dòng điện của khí cụ điện Tuy nhiên, khi có ngắn mạch cáclực này trở nên rất lớn có thể gây nên biến dạng hay phá huỷ chi tiết thậm chí phá huỷ cảkhí cụ điện Vì vậy, cần phải tính toán khí cụ điện (hoặc từng bộ phận) về mặt sức bềnchịu lực điện động, nghĩa là khí cụ điện không bị phá huỷ khi có dòng điện ngắn mạchcực đại tức thời chạy qua Việc tính toán đó lại càng cần thiết nếu ta muốn có được khí cụđiện có kích thước nhỏ gọn

3.2 Phương pháp tính lực điện động:

Để tính toán lực điện động ta có thể dùng 2 phương pháp:

3.2.1 Phương pháp 1: Dựa trên định luật tác dụng tương hỗ của dây dẫn

mang dòng điện và từ trường (định luật Biosava Laplax).

Dây dẫn thẳng dài l mang dòng điện I đặt trong từ trường có cảm ứng từ B chịu tácdụng lực điện từ có giá trị bằng công thức:

l: Chiều dài dây dẫn (m)

 : là góc lệch giữa chiều của véc tơ cảm ứng từ và chiều của dòng điện

chạy trong dây dẫn

Hình 2.9: Lực điện động trong dây dẫn thẳng

I

F

l

Trang 31

Một hệ gồm hai dây dẫn 1 và 2 đặt tuỳ ý có các dòng điện i1 và i2 chạy qua.

Trường hợp này dây dẫn 1 mang dòng điện i1 được coi là đặt trong từ trường tạo bởidòng điện i2 chạy trong dây dẫn 2 (ngược lại i2 được coi là đặt trong từ trường do dòngđiện i1 chạy trong dây dẫn 1) Khi đó lực điện động tác dụng giữa 2 dây dẫn:

1 2

4

td: Dây dẫn đặt trong không khí thì độ từ thẩm tương đối (td=1).

C: Hằng số phụ thuộc kích thước hình học của 2 dây dẫn, còn gọi là hệ sốmạch vòng

Nếu thay: 0 vào (2.6) ta có: F = 10–7 i1 i2C (N) (2.7)

Trong đó: Dòng điện i1 và i2 tính bằng A (Ampe)

3.2.2 Phương pháp 2: Phương pháp cân bằng năng lượng

Một dây dẫn hay một mạch vòng mang dòng điện i có năng lượng từ tính theo công

thức:

2

i L

Trong đó: L là hệ số điện cảm của mạch (H)

Hai mạch vòng mang các dòng điện i1 và i2 có năng lượng từ tính theo công thức :

2

22

2 2 2

2 1

1i L i M i L

Trong đó: L1, L2: Là hệ số tự cảm của các mạch vòng (H)

B+

Hình 2.10: Lực điện động trong hai dây dẫn bất kỳ

Trang 32

M: Là hệ số hỗ cảm của 2 mạch vòng

3.2.3 Lực điện động của một số dạng dây dẫn:

Tính lực điện động tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện I:

Bài toán: Một dây dẫn mang dòng điện I = 10A, dài 1m, đặt trong từ trường có cảmứng từ B = 1T Hướng của từ trường lệch so với hướng của dây dẫn một góc:

Giải:

Từ công thức F = IBl sin(N) = 10*1*1sin 450 = 7,07 N

Tính lực điện động giữa 2 dây dẫn song song có tiết diện tròn mang các dòng điện i1

và i2 Trong hệ thống gồm 2 dây dẫn song song có tiết diện tròn cách nhau một khoảng amang các dòng điện i1và i2 khi đó (sin = 1)

7 2 1 7 2

dy dx

* Nếu coi dây dẫn 2 là dài vô hạn lấy tích phân thứ 2 trước ta có:

dx a

* Nếu dây dẫn 1 cũng dài vô hạn thì hệ số C cũng tiến tới vô hạn:

+ Nếu dây dẫn 1 (l1) có chiều dài hữu hạn l thì

B 1 B2

+

B 1 B 2

Trang 33

Khi đó lực tác động lên dây dẫn 1 sẽ là:

a

l i

+ Nếu 2 dây dẫn có chiều dài hữu hạn l thì ta lấy tích phân với các tích phân tươngứng ta được hệ số mạch vòng C và lực điện động :

2 1

2 7

1 10

*

l

a l

a a

110

*

l

a a

Trong thực tế ta thường gặp hai dây dẫn có

chiều dài không bằng nhau như hình 2.12 l1và l2

cách nhau một khoảng a có các dòng điện i1 và i2

chạy qua

Ta giả thiết kéo dài l2 thêm một đoạn l3 để bằng

l1 Dây dẫn l1 cũng có thể coi gồm hai đoạn l2 +l3

Khi đó có thể coi như lực tác dụng tương hổ giữa

Trong các KCĐ và lưới điện người ta sử dụng rộng rãi dây dẫn có tiết diện hình chữnhật Khi l >> a, ta áp dụng công thức:

Trang 34

hd

k a

l i i

223 , 0 005 , 0 080 , 0

005 , 0 024 ,

005 ,

42 , 0 10 33 10 2 10

.

a

l i

ha

b

h

l

ab

l

Hình 2.13: Lực điện động trong hai dây dẫn song song, có tiết diện hình chữ nhật

Trang 35

Tính lực điện động tác dụng lên một vòng dây dẫn mang dòng điện và giữa các vòngdây dẫn khác.

+ Trường hợp một vòng dây mang dòng điện i bán kính R lực điện động có xuhướng kéo căng vòng dây ra nghĩa là muốn kéo đứt vòng dây

dR

dL i

R f R

Trang 36

8ln10

*42

*2

7 2

r

R i



2 7

*5,0

8ln

Các cuộn dây của KCĐ, ngoài lực tác dụng bên trong của mỗi vòng dây, giữa cácvòng dây cùng chiều (hoặc ngược chiều) sẽ sinh ra lực hút F (hoặc đẩy) Lực F có thể coinhư tổng của 2 lực thành phần Fy và Fx

- Fy: có xu hướng kéo các vòng dây lại với nhau

- Fx: có xu hướng kéo dãn đối với vòng dây có đường kính nhỏ và kéo nén đối vớivòng dây có đường kính lớn Như vậy trong một vòng dây lực Fx sẽ cộng tác với lực

FR còn trong vòng khác sẽ trừ bớt đi

2 1 2 2 1 7

4

C h

h R

F y



2 1 2 2 1 7

4

C h

C R

Lực tác dụng lên dây dẫn đặt cạnh khối sắt từ

+ Khi dây dẫn đặt gần vật liệu sắt từ, từ trường xung quanh nó sẽ bị méo đi, cácđường sức từ khép kín qua khối sắt từ và sinh ra các lực kéo dây dẫn vào vật liệu sắt từ

đó Lực điện động được tính theo công thức:

2 7

+F

Trang 37

+ Khi dây dẫn đặt trong khe hở của vật liệu sắt từ có tiết diện không đổi hoặc thayđổi Nếu không kể bảo hoà, lực hút dây dẫn vào khối sắt từ :

r i F

Lực điện động phát sinh khi thay đổi tiết diện chỉ phụ thuộc vào tỷ số các bán kínhban đầu và cuối cùng, không phụ thuộc vào hình dạng chổ quá độ Kết luận này đúng đốivới việc phân bố đều dòng điện theo tiết diện dây dẫn

Hình 2.16: Lực tác dụng lên dây dẫn đặt cạnh khối sắt từ

tiết diện dây dẫn

Trang 38

TÓM LẠI:

Với sự phát triển của ngành công nghiệp điện năng các thiết bị điện dân dụng,điện công nghiệp cũng như các khí cụ điện được sử dụng ngày càng tăng lên khôngngừng Chất lượng của các khí cụ điện cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùngvới sự phát triển của công nghệ mới Vì vậy đòi hỏi người làm việc trong các ngành,nghề và đặc biệt trong các nghề điện phải hiểu rõ về các yêu cầu, nắm vững cơ sở lýthuyết khí cụ điện Đặc biệt là sự phát sinh hồ quang làm hỏng các khí cụ điện

Nội dung chương này nhằm trang bị những kiến thức cơ bản và cần thiết về cơ sở lýthuyết vật lý để nghiên cứu hiện tượng phát sinh hồ quang và lực điện từ sinh ra trongkhí cụ điện nhằm có biện pháp dập tắt và ngăn ngừa bảo vệ hiệu quả các bộ phận củaKCĐ



PHẦN II: TÌM HIỂU ĐẶC TÍNH, KẾT CẤU, TÍNH TOÁN LỰA

CHỌN SỬ DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP CHƯƠNG 3: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT-BẢO VỆ MẠCH ĐIỆN

1 ÁPTÔMAT (CB: Circuit Breaker, AB: Air Breaker)

1.1 Khái niệm và yêu cầu:

1.1.1 Khái niệm:

Áptômat là thiết bị dùng để đóng ngắt dòng điện (1 pha,3 pha), đồng thời bảo vệ thiết

bị không bị hư hỏng khi bị ngắn mạch hoặc quá tải, CB sẽ tự động cắt dòng điện ngay lậptức Khác với loại dùng cầu dao dùng cầu chỉ phải thay mới, CB có thể reset lại (manualhoặc auto) CB nhỏ thường dùng cho gia đình, đối với thiết bị lớn người ta gọi CB là máycắt

1.1.2 Yêu cầu:

- Chế độ làm việc ở định mức của áptômat phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa làtrị số dòng điện định mức chạy qua áptômat lâu bao nhiêu cũng được Mặt khác mạchdòng điện của áptômat phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếpđiểm của nó đang đóng

- Áptômat phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn có thể tới vài chục KA Saukhi ngắt dòng điện ngắn mạch áptômat vẫn phải làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức

Trang 39

- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự pháhoại do dòng điện ngắn mạch gây ra áptômat phải có thời gian đóng cắt bé Muốn vậythường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong của áptômat.

Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc áptômat phải có khả năng điềuchỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động

2.2 Kí hiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động :

Tiếp điểm thường được làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như: Ag - W, Cu

Trang 40

2.2.1.2 Bộ dập hồ quang:

Để áptômat dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện người

ta thường dùng 2 kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở

+ Kiểu nửa kín: Được đặt trong vỏ kín của áptômat có lỗ thoát khí Loại này códòng giới hạn cắt không quá 50 KA

+ Kiểu hở: Được dùng khi dòng điện cắt lớn hơn 50 KA hoặc điện áp lớn hơn 1kV.Trong buồng dập hồ quang thông thường người ta dùng những tấm thép xếp thànhlưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồquang

2.2.1.3 Cơ cấu truyền động cắt: Có 2 cách

- Bằng tay: Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mứckhông lớn hơn 600A

- Bằng điện từ: Điều khiển bằng bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng vớicác CB có dòng điện không lớn hơn (đến 1000A)

2.2.1.4 Móc bảo vệ:

CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ gọi là móc bảo vệ, có 4 loại:

- Móc bảo vệ quá dòng điện

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	8,34 MB