Đề cương ôn tập Khí cụ điện

Đề cương ôn tập Khí cụ điện mang tính chất tham khảo.

1 Phân loại khí cụ điện Yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện nói chung là gì? Các chế độ làm việc của khí cụ điện

a Phân loại

- Nhóm khí cụ điện khống chế: dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ, chiều quay của các máy

phát điện, động cơ điện (như cầu dao, MCCB, MCB, contactor)

- Nhóm khí cụ điện bảo vệ: làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi

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

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

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

điều chỉnh điện áp máy phát,…)

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

b Yêu cầu kỹ thuật đối với khí cụ điện

- Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật định mức

- Khí cụ điện phải ổn định nhiệt và ổn định lực điện động

- Khí cụ điện phải đảm bảo an toàn, làm việc chính xác, gọn nhẹ, dễ gia công, lắp ráp, sửa chữa

- Vật liệu cách điện chịu được quá áp cho phép

- Khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu và môi trường yêu cầu

c Các chế độ làm việc của khí cụ điện

Chế độ làm việc lâu dài của khí cụ điện: 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 nũa, lúc này sẽ toả nhiệt ra môi trường xung quanh

Chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ điện: Chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ điện là

chế độ khi đóng điện nhiệt độ của nó không đạt tới nhiệt độ ổn định, sau khi phát nóng ngắn hạn, khí cụ được ngắt, nhiệt độ của nó sụt xuống tới mức không so sánh được với

môi trường xung quanh

Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của khí cụ điện: Nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên trong

khoảng thời gian khí cụ làm việc, nhiệt độ giảm xuống trong khoảng thời gian khí cụ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban đầu thì khí cụ điện làm việc lặp lại Sau khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất gần bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì khí cụ điện đạt được

chế độ dừng

2 Khái niệm, quá trình phát sinh, tác hại và phương pháp dập tắt hồ quang điện xoay chiều, một chiều Giữa hồ quang điện xoay chiều và hồ quang điện một chiều, cái nào dễ dập tắt hơn? Tại sao?

- Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc ở áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thể rất lớn Trên thực tế là một dạng plasma tạo ra

sự trao đổi điện tích liên tục, thường đi kèm sự toả sáng và toả nhiệt mạnh

- Quá trình phát sinh

o Tiếp điểm có dòng điện bé, khoảng cách ban đầu giữa chúng rất nhỏ trong khi điện áp đặt vào có trị số nhất định, nên sẽ sinh ra điện trường có cường độ lớn trong khoảng không gian này và điện tử từ cathode có thể bật Hiện tượng này gọi là phát xạ tự động điện tử hay còn gọi là phát xạ điện nguội Khi số điện tử này càng nhiều thì chuyển động dưới tác dụng của điện trường sẽ làm ion hoá không khí gây ra hiện tượng hồ quang điện

o Tiếp điểm có dòng điện lớn, quá trình phát sinh hồ quang điện sẽ phức tạp hơn Ban đầu, khi mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng sẽ có trị số khá nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc

sẽ để dòng điện đi qua ít Sự tăng đáng kể của mật độ dòng điện, có thể lên đến hàng

chục nghìn A/cm2 nên tại các tiếp điểm đó, nhiệt độ của cầu chất lỏng sẽ tăng tiếp tục, sau đó bốc hơi và hồ quang điện xuất hiện trong không gian giữa hai tiếp điểm

- Tác hại:

Thứ nhất, ảnh hưởng đến các thiết bị điện:

o Hiện tượng phóng hồ quang điện làm các thiết bị điện bị phá huỷ Nguyên nhân là

do sự thay đổi điện áp đột ngột, ngắn mạch hệ thống cục bộ Cụ thể, các tiếp điểm động lực bị đánh mòn, hỏng hóc dưới nền nhiệt tăng cao

o Phải thay thế các thiết bị đóng cắt hằng năm, có thể với số lượng lớn sẽ gây khó khăn cho doanh nghiệp

Thứ hai, ảnh hưởng đến con người:

o Phóng điện hồ quang có thể gây cháy nổ, hoả hoạn làm ảnh hưởng đến sức khoẻ và tính mạng con người

o Nếu nhìn trực tiếp vào tia lửa hồ quang có thể làm cho các tế bào niêm mạc mắt bị chết, dẫn tới đau mắt hàn Nếu không trang bị đồ bảo hộ trong quá trình hàn, có thể làm cho các tế bào bên ngoài da bị chết, làm bong da mặt

- Cách phòng ngừa:

o Cải tiến, đưa ra những sản phẩm chất lượng để tuổi thọ thiết bị được nâng cao

o Tích hợp các module cảm biển cảnh báo hoạt động một cách độc lập trong các thiết

bị đóng cắt, buồng dập hồ quang hạ thế

o Người lao động cần trang bị cho mình những thiết bị bảo hộ lao động phù hợp và kiến thức về an toàn lao động tốt nhất

- Phương pháp dập tắt hồ quang điện:

o Hạ thấp nhiệt độ hồ quang bằng cách dùng hơi khí hoặc dầu làm nguội, dùng vách ngăn để hồ quang cọ xát

o Kéo dài hồ quang bằng cách dùng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ và thổi khí dập tắt hoặc

o Chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ

o Dùng năng lượng của hồ quang hoặc năng lượng bên ngoài để dập tắt nỏ

o Tiêu thụ năng lượng hồ quang bằng cách mắc điện trở Shunt (dùng điện trở mắc song song với hai tiếp điểm sinh hồ quang)

❖ Giữa hồ quang điện xoay chiều và hồ quang điện một chiều, cái nào dễ dập tắt hơn? Tại sao?

- Hồ quang điện xoay chiều do dòng điện xoay chiều có trị số 0 tức thì nên khi cường độ dòng điện qua điểm 0, khe hở hồ quang không có dòng điện Nếu khi dòng điện xoay chiều qua điểm 0 rồi tăng lên, thì điện áp khôi phục trên đầu tiếp xúc không thể làm cho khe hở

hồ quang chảy lại (xuyên thủng lại) thì hồ quang sẽ tắt Nếu hồ quang cháy lại, nhưng do khoảng cách kéo đầu tiếp xúc tăng lên khiến điện áp xuyên thủng khe hở hồ quang tăng lên thì khi dòng điện xoay chiều vượt qua điểm 0 lần tiếp theo càng dễ tắt Vì đặc tính này,

hồ quang điện xoay chiều tương đối dễ tắt

- Hồ quang điện một chiều do điện một chiều không có đặc tính qua điểm 0, hơn nữa năng lượng từ trường do điện cảm mạch điện tích trữ, gây ra quá áp trên đầu tiếp xúc khi kéo đầu tiếp xúc ra, do đó chỉ đơn thuần kéo dài khoảng cách thì khó dập tắt được hồ quang điện một chiều, phải lắp thêm buồng dập hồ quang

3 Tại sao khi cắm phích điện vào ổ điện ở nhà, đặc biệt là tải lớn thường phát sinh những tia điện và tạo ra tiếng nổ hoặc lét đét? Đó là hiện tượng gì? Ảnh hưởng như thế nào nếu

để tình trạng này kéo dài?

- Đó là hiện tượng hồ quang điện

- Ảnh hưởng:

o Làm hỏng mặt tiếp xúc: Hồ quang là dạng phóng điện nhiệt độ cao, nên dễ làm

rỗ, làm cháy mặt tiếp xúc Do đó, sau một số lần đóng cắt, tiếp xúc ở mặt tiếp điểm

xấu đi, làm tăng điện trỏ tiếp xúc

o Gây ra ngắn mạnh giữa các pha: Hồ quang tỏa ra từ các pha cạnh nhau sẽ bắc

cầu, gây ra phóng điện giữa các pha, tạo ra ngắn mạch giữa các pha Đây là trường hợp rất nguy hiểm, ta thường gặp khi thao tác sai, chẳng hạn dùng dao cách ly để

cắt mạch dòng điện, lúc này hồ quang rất khó dập tắt, hồ quang lan rộng

o Gây hỏa hoạn và tai nạn: Hồ quang mạnh ở môi trường có chất dễ cháy sẽ dễ

dàng gây ra hỏa hoạn Nhiều trường hợp hồ quan phóng cả vào người thao tác, gây

ra bỏng nặng, rất nguy hiểm

10 Trình bày các chức năng cơ bản của một mạch điều khiển động cơ

- Đóng, mở các tiếp điểm của khí cụ như: contactor, relay nhiệt, timer, relay trung gian,… để bảo

vệ thiết bị động cơ khi xảy ra sự cố quá tải, ngắn mạch đồng thời điều khiển động cơ hoạt động:

• Chạy tuần tự hoặc dừng tuần tự nhiều động cơ

• Đảo chiều quay động cơ

• Khởi động sao – tam giác

• Khóa liên động 2 động cơ

• Chạy luân phiên nhiều động cơ

26 Có mấy loại relay thời gian (Timer)? Vẽ giản đồ hoạt động, giải thích và kí hiệu cuộn hút (coil), tiếp điểm thường đóng, thường mở của từng loại relay thời gian

Có 2 loại relay thời gian ( Timer):

❖ Relay thời gian tác động trễ ( On-delay relay timer):

Kí hiệu:

❖ Relay thời gian ngắt (dừng) trễ (Off-delay relay timer):

Kí hiệu:

28 Trình bày thành phần cấu tạo, chức năng chính và nguyên lý hoạt động của EOCR

❖ Cấu tạo:

• Biến dòng (CT)

• Vi xử lý hoặc các linh kiện điện tử bán dẫn

• Bộ định thời O-time và D-time

• Cơ cấu tác động bảo vệ, các tiếp điểm (NO,NC)

❖ Chức năng chính:

Dùng bảo vệ quá tải, mất pha, đảo pha, kẹt rotor, ngắn mạch, mất cân bằng pha, bảo vệ động cơ khỏi những hư hỏng có thể gây nguy hiểm cho con người và những thiết bị xung

quanh

❖ Nguyên lý hoạt động:

Tùy vào loại EOCR khác nhau mà có nguyên lý làm việc khác nhau Nhưng đều có nguyên tắc là lấy tín hiệu dòng từ đường dây tải thông qua CT, sau đó vi xử lý trung tâm xử lý và so sánh tín hiệu nayd với các giá trị đã cài đặt trước Nếu phép so sánh không thỏa mãn đèn báo trạng thái lên, thực hiện tác động bảo vệ sau một khoảng thời gian được cài đặt trước

36 Trình bày cách chọn MCB cho mạch điều khiển động cơ Kí hiệu “C1” trong hình sau

có ý nghĩa gì? Nếu sửa “C1” thành “C32” thì có MCB có thay đổi gì không?

Imcb= (1-1,4) Idm, chọn theo catalog

C1 có nghĩa là MCB có đường cong đặc tính loại C dòng định mưc là 1A, C32 dòng định mức của MCB la 32A

37 Trình bày cách cài đặt thông số trên MCCB bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Đương đặc tính thể hiện khả năng cắt dòng khi bị sự cố quá tải và ngắn mạch

Ir: dòng điều chỉnh độ quá tải

Im: giá trị dòng điện cắt mạch trong thời gian ngắn

Cài đặt Ir= x In( dòng định mức)

Vd:

In= 2000, Io( dòng điện tải thực tế)=1000

Thay đổi 2000->1000 = Ir= 0.5 In

Bảo vệ quá tải

Vd : Ir= 1000, tr=1s tại 6*Ir: tức là khi có dòng 6Ir= 6000 thì tgian cắt là 1s

Bảo vệ ngắn mạch

Vd Inm= 3000 vs tr= 0.2s : khi có dòng ngắn mạch 3000a thì tgian cắt là 0.2s

Inm càng to tgian cắt càng nhanh (xem bảng đg cong đặc tính)

41 Dựa vào đặc tính A-S, trình bày cách lựa chọn MCCB để đóng, cắt và bảo vệ cho một động cơ cảm ứng 3 pha khởi động trực tiếp

- Trước tiên, ta cần tính dòng định mức đi qua động cơ theo công thức:

𝐼𝑑𝑚 = 𝑃𝑑𝑚

√3 𝑈𝑑𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝜂 Trong đó:

+ Cos 𝜑 là hệ số công suất

+ 𝜂 là hiệu suất của động cơ

- Tính chọn MCCB: 𝐼𝑀𝐶𝐶𝐵 = (1 − 1,4) 𝐼𝑑𝑚

- Dựa vào catalog của hãng mà ta chọn MCCB có chỉ số dòng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng 𝐼𝑀𝐶𝐶𝐵 đã tính toán

- Chọn MCCB có thời gian cắt quá tải có thể điều chỉnh được lớn hơn hoặc bằng thời gian

khởi động của động

43 Trong hình sau, người ta đang điều chỉnh thông số gì của MCCB? Thông số đó là gì và tại sao phải điều chỉnh?

− Trong hình, người ta đang điều chỉnh thông số Ir của MCCB

− Ir là dòng điện định mức của tải, cũng là dòng điều chỉnh bảo vệ quá tải

− Mục đích điều chỉnh là để chọn dòng điện định mức phù hợp với tải Nếu động cơ đang hoạt động bình thường thì xảy ra sự cố quá tải, dòng qua động cơ đột ngột tăng cao hơn giá trị Ir sau khoảng thời gian trễ quá tải thì MCCB ngắt mạch, động cơ dừng lại Nếu cài đặt Ir quá nhỏ so với dòng điện định mức của động cơ thì khi động cơ hoạt động bình thường nhưng MCCB hiểu nhầm là động cơ đang xảy ra sự cố quá tải, nếu cài đặt Ir quá lớn so với dòng điện định mức của động cơ thì khi xảy ra sự cố quá tải mà MCCB vẫn chưa

tác động bảo vệ

46 Giải thích biểu đồ thời gian vận hành relay nhiệt điện tử sau:

- Trước thời gian khởi động: động cơ chưa hoạt động nên dòng điện bằng 0

- Trong khoảng thời gian khởi động, dòng điện khởi động qua động cơ lớn hơn dòng điện cài đặt bảo vệ quá dòng nhưng chưa vượt quá thời gian khởi động D-time cài đặt nên relay không tác động bảo vệ, động cơ vẫn hoạt động bình thường

- Trong khoảng thời gian động cơ hoạt động bình thường, dòng điện có thể vượt quá giá trị dòng điện cài đặt bảo vệ quá dòng nhưng không vượt quá thời gian O-time cài đặt thì relay không tác động bảo vệ, động cơ vẫn hoạt động bình thường

- Trong khoảng thời gian động cơ hoạt động bình thường, đột ngột dòng điện qua động cơ lớn hơn dòng điện cài đặt cảnh báo (Alert setting) và vượt quá thời gian 1 giây thì phát tín hiệu cảnh báo, nếu sau đó dòng điện qua động cơ tiếp tục tăng, lớn hơn dòng điện cài đặt bảo vệ quá dòng (Current setting) và vượt quá thời gian O-time thì relay sẽ tác động bảo vệ bằng cách ngắt mạch, động cơ dừng lại

47 Nêu cách chỉnh định các nút D-TIME, LOAD, O-TIME của EOCR Giải thích giản đồ hoạt động của EOCR sau, nó được sử dụng trong trường hợp quá tải như thế nào?

❖ D-TIME là thời gian trễ cho động cơ khởi động mà relay không ngắt nguồn, LOAD là giá trị dòng điện mà động cơ hoạt động thường xuyên trong điều kiện tốt nhất, O-TIME là thời gian tác động trễ khi gặp sự cố

❖ Cách chỉnh định các nút D-TIME, LOAD, O-TIME:

- Bước 1: Trước khi khởi động động cơ, điều chỉnh các thông số O-time, Load đến mức tối

đa, D-time thông thường là 2-3s

- Bước 2: Khởi động động cơ, cho động cơ chạy bình thường Điều chỉnh Load giảm dần cho đến khi đèn đỏ sáng lên, đây là giá trị dòng thực tế mà động cơ hoạt động bình thường Sau đó điều chỉnh tăng Load đến khi đèn đỏ tắt (đảm bảo từ lúc đèn đỏ sáng tới lúc đèn đỏ tắt phải nằm trong khoảng O-time) Lúc này dòng điện đang ở mức 103%, tiếp tục điều chỉnh Load tăng đến khoảng 110-125%

- Bước 3: Đặt lại O-time theo đồ thị đặc tính của tải

- Bước 4: Sau khi cài đặt xong, nhấn nút reset hoặc tắt rồi cấp nguồn lại cho động cơ hoạt động bình thường

❖ Giải thích giản đồ:

- Trong trường hợp rotor bị khóa và kẹt rotor trong lúc hoạt động:

• Sau khoảng thời gian khởi động D-time đã được cài đặt, rotor của động cơ vẫn đứng yên do bị khóa thì relay sẽ tác động bảo vệ động cơ bằng cách ngắt nguồn

• Khi động cơ đang hoạt động ổn định, xảy ra sự cố kẹt rotor khiến dòng điện qua động

cơ vượt quá 3 lần dòng định mức và khoảng thời gian lớn hơn 0,5 giây thì relay sẽ tác động bảo vệ bằng cách ngắt nguồn làm cho động cơ dừng lại Khởi động lại relay bằng cách nhấn nút Reset hoặc tắt và cấp nguồn lại cho relay

- Trong trường hợp quá tải: khi động cơ đã hoạt động ổn định ở dòng định mức, dòng điện qua động cơ đột ngột tăng cao hơn dòng điện định mức nhưng chưa vượt quá thời gian cài đặt bảo vệ quá tải O-time thì relay không tác động bảo vệ, nếu vượt quá thời gian cài đặt

bảo vệ quá tải O-time thì relay tác động bảo vệ, ngắt nguồn, động cơ dừng Khởi động lại relay bằng cách nhấn nút Reset, hoặc tự động khởi động lại sau thời gian cố định, hoặc tắt

và cấp nguồn lại cho relay

49 Giải thích các đặc tính sau Cách điều chỉnh Ir và Im như thế nào?

- Đặc tính bảo vệ quá dòng:

+ Ở trạng thái bình thường, dòng điện hoạt động nhỏ hơn dòng Ir đã cài đặt

+ Khi xảy ra sự cố quá tải, dòng điện hoạt động lớn hơn Ir đã cài đặt, sau khoảng thời gian cài đặt thì MCCB sẽ ngắt mạch bảo vệ quá tải Dòng quá tải càng lớn thì thời gian ngắt mạch diễn ra càng nhanh

+ Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, dòng điện hoạt động lớn hơn dòng Im đã cài đặt, sau khoảng thời gian cài đặt thì MCCB sẽ ngắt mạch bảo vệ sự cố ngắn mạch

- Cách điều chỉnh Ir, Im:

+ Điều chỉnh hệ số Kr sao cho Ir = Kr×In, với In là dòng điện định mức của MCCB Giá trị Ir lớn nhất đối với hình trên là In ứng với Kr bằng 1

+ Điều chỉnh hệ số Km sao cho Im = Km×Ir, với Im là dòng điện ngắn mạch Giá trị Im lớn nhất đối với hình trên là 10In ứng với Km bằng 10