Tài liệu BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY ppt

BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY CHƯƠNG 1 Hệ thống điện năng trên tàu gồm: trạm phát điện, mạng điện phân phối, thiết bị phân phối điện, tải tiêu thụ điện, hệ thống điều khiển mạng đ

Trang 1

BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN TÀU THỦY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ -

Trang 2

NHẬP MƠN

I Sự phát triển của trang bị điện tàu

Sự phát triển của ngành trang bị điện tàu gắn liền với sự phát triển của kỹ thuật điện

- 1834 Giáo sư Iakobi đã chế tạo ra động cơ điện đầu tiên

- 1838 Sử dụng quay chân vịt dưới tàu

- 1882 Hoàn chỉnh hệ thống chiếu sáng trên tàu

- 1892 Sử dụng truyền động điện bánh lái

- 1897 1903 Bắt đầu sử dụng truyền động điện tời neo và cần trục

- 1908 trở đi Đã sử dụng rộng rãi trên tàu hệ thống điện DC và AC

- 1960 Đã sử dụng năng lượng nguyên tử

II Mục đích, ý nghĩa của môn học trang bị điện tàu thủy

- Là môn học quan trọng của ngành Cơ khí, Khai thác hàng hải cũng như người làm công tác thiết kế, chế tạo, sửa chữa điện tàu

- Là môn học nghiên cứu toàn bộ các hệ thống thiết bị điện trên tàu phục vụ cho việc kiểm tra tàu và điều khiển tàu

- Những hệ thống tự động hóa được áp dụng dưới tàu là :

1 Hệ thống xác định vị trí tàu

2 Hệ thống báo hiệu đá ngầm và tai nạn

3 Hệ thống bốc dỡ hàng, kéo lưới

4 Hệ thống làm cân bằng tàu

5 Hệ thống cập bến, rời bến

6 Hệ thống neo

7 Hệ thống tính toán hành trình tối ưu

- Môn Trang bị điện tàu sẽ đề cập đến các phần chính :

1 Khí cụ và thiết bị sử dụng dưới tàu

2 Mạng điện dưới tàu

3 Cơ sở truyền động điện

4 Hệ thống truyền động điện trên tàu

5 Hệ thống ánh sáng và tín hiệu trên tàu

III Điều kiện làm việc của trang thiết bị điện trên tàu và yêu cầu của chúng

1 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC :

Khi chọn các thiết bị làm việc dưới tàu cần chú ý các điều kiện làm việc

- Chịu rung động tạo nên do chân vịt quay và các máy móc khác như máy phát lực chính, tời kéo lưới, tời neo, nâng hạ

- Chấn động do sóng nước f=10 lần/s, biên độ lớn

- Chịu lắc lớn : lắc dọc :10  150 , lắc ngang : 220,5 /mp nước

- Chịu tác dụng của nước biển, sương mù, dầu

- Trọng lượng kích thước hạn chế

- Dễ bị quá tải, ngắn mạch

2 YÊU CẦU KHI CHỌN KHÍ CỤ, THIẾT BỊ SỬ DỤNG DƯỚI TÀU

- Vật liệu chế tạo phải có chất lượng cao, độ cách điện cao, độ bền cơ khí cao

- Kín, có bảo vệ nước, dầu, bụi, hóa chất, chắn văng, chống nổ

- Độ tin cậy hoạt động cao

- Kinh tế

Trang 3

CHƯƠNG 1

Hệ thống điện năng trên tàu gồm: trạm phát điện, mạng điện phân phối, thiết bị phân phối điện, tải tiêu thụ điện, hệ thống điều khiển mạng điện và các hệ điều khiển tải tiêu thụ

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện năng trên tàu

 Hình 1.1 là sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điện trên tàu cơ bản, với bảng điều khiển điện áp trung bình (thơng thường 3,3kV, 6,6kV hoặc 11kV) Các động cơ diesel tốc độ trung bình (tốc độ khoảng 5001000 vịng/phút) được sử dụng để lai máy phát điện tạo ra nguồn năng lượng điện chính trên tàu Các biến áp cĩ chức năng tạo các điện áp thích hợp cho động cơ làm việc ở các tần số khác nhau Các động cơ điện thường hoạt động ở điện áp 1500V và cơng suất lên tới 2330MW Bảng điều khiển điện áp thấp điều khiển nhiều tải tiêu thụ cơng suất thấp như: máy

MĐK

PHỤ TẢI 1 PHỤ TẢI 2 PHỤ TẢI 3 PHỤ TẢI 4

PHỤ TẢI 5 PHỤ TẢI 6

Trang 4

bơm, máy nén khí, quạt thơng giĩ… với cơng suất thấp hơn 100200KW và điện áp 440V hoặc 690V Các thiết bị nhạy với sự thay đổi của điện áp thì cần phải sử dụng thiết bị UPS để ổn định điện áp và dịng điện

 Hệ thống điện trên độc lập với nhau-một cái ở mạn trái (port side) và một cái ở mạn phải (starboard) của tàu Mỗi hệ thống đều cĩ máy phát điện, bảng điện áp trung bình, bảng điện

áp thấp và bộ thay đổi tần số-điều khiển truyền động thay đổi tốc độ động cơ Tất cả các bộ phận của hệ thống điện trên tàu đều được kết nối với hệ thống điều khiển

Hệ thống điện trên tàu cĩ thể được chia ra thành 9 thành phần chính sau:

1 Hệ thống phát điện: với máy thủy (động cơ diesel hoặc turbin) và các máy phát điện

2 Hệ thống phân phối năng lượng: bao gồm các tủ phân phối điện chính cĩ điện áp trung

bình, các tủ phân phối điện phụ và dây dẫn điện

3 Các biến áp: Để biến đổi nguồn điện áp xoay chiều phù hợp với tải tiêu thụ

4 Bảng tủ điện áp thấp và các bộ phận điều khiển động cơ

5 Biến tần: Điều khiển động cơ điện xoay chiều hoặc các thiết bị khác bằng tần số

6 Hệ thống lọc và giảm nhiễu để ổn định dịng điện

7 Hệ thống chuyển đổi để làm sạch nguồn cung cấp năng lượng

8 UPS: cung cấp cho các hệ thống tự động hoặc các thiết bị nhạy cảm

9 Các động cơ cao áp và thấp áp: cung cấp cho nhiều yêu cầu khác nhau (truyền động, máy

nén khí AC, quạt…)

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống năng lượng điện tàu thủy cơng suất lớn

I TRẠM ĐIỆN TÀU

Trang 5

chính và một máy phát sự cố Tàu hàng khơ, tàu container thường cĩ hai đến ba máy phát, tàu khách thường cĩ bốn đến sáu máy phát…Các máy phát này cĩ thể cơng tác độc lập hoặc song song nhau

Hình 1.3 là sơ đồ hệ thống trạm phát điện trên tàu cơng suất lớn Hệ thống cĩ 4 phịng máy, điện

áp hệ thống là 11kV, mỗi phịng máy cĩ 2 máy phát điện 5,2MW và 2 thiết bị truyền động chân vịt 3,2MW

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống trạm phát điện trên tàu cĩ cơng suất lớn

a) Phân loại

- Theo chức năng: trạm phát cho hệ thống điện, cho động cơ lai chân vịt, trạm phát dự phòng

- Theo loại dòng điện: DC hay AC

- Theo loại điều khiển: bằng tay, tự động, bán tự động

b) Yêu cầu đối với trạm phát

- Độ tin cậy cung cấp điện cao

- Chất lượng điện năng cao U, f (∆U=  10%; ∆f=  0,1%)

- Dễ sử dụng và dễ điều khiển

- Có tính kinh tế cao

2 Thiết bị chính của trạm phát

a) Động cơ sơ cấp

 Điêzen: Khởi động tốt (nhanh); hiệu suất cao (60  70%), thời gian phục vụ hạn chế, khả năng quá tải nhỏ

 Tuốc bin hơi, tuốc bin khí

Trang 6

Công suất lớn, tốc độ cao, tuổi thọ cao, chi phí nhiên liệu cao

 Trên tàu còn trích lực của động cơ chính quay chân vịt để kéo máy phát, máy phát trục lai thường là công suất nhỏ

 Để đảm bảo truyền động tốt trong mọi chế độ công tác, công suất động cơ sơ cấp được chọn theo công thức:

(1)

Trong đó : P SC : công suất của động cơ sơ cấp sẽ chọn

P MF : công suất của máy phát

P KT : công suất của máy phát kích từ

 MF : Hiệu suất của máy phát

 CK : Hiệu suất cơ khí của bộ phận truyền

 KT : Hiệu suất của máy phát kích từ

Đối với máy phát AC cơng suất được tính bằng cơng thức P MF = 3 U d I d(Kw)

 Điều kiện cơ bản để chọn động cơ sơ cấp

- Động cơ sơ cấp phải có đặc tính cơ cứng

- Số vòng quay của của động cơ sơ cấp phù hợp với số vòng quay của máy phát

- Công suất được chọn theo công thức (1)

- Chi phí nhiên liệu riêng ít, gọn, thuận lợi trong sử dụng, sửa chữa

- Kinh tế

b) Máy phát

Trên tàu thường sử dụng máy phát AC đồng bộ ba pha và máy phát DC kích từ song song hoặc hỗn hợp

Yêu cầu khi chọn máy phát

- Có công suất đủ cung cấp cho phụ tải trên tàu làm việc ở chế độ nặng tải nhất

- Có đặc tính ngoài cứng: U= f(I)

- Hiệu suất cao

- Có bộ phận tránh nước, dầu, bụi

3 Các tham số chính của trạm phát

a Điện áp

- Điện áp DC: thường sử dụng ở cấp 12V, 24V, 110V, 220V

- Điện ápđAC: thường sử dụng ở cấp 24V, 48V,110V, 220V, 380V,1000V

b Dòng điện

c Tần số: Nếu là điện AC thì thường sử dụng tần số 50  60 Hz thuận lợi là có thể dùng điện

năng của bờ khi cập bến, các thiết bị được tiêu chuẩn hóa trên bờ có thể dùng được ở dưới tàu

4 Chọn công suất máy phát

- Công suất điện sử dụng của tàu thay đổi theo từng chế độ làm việc của tàu

- Các bước để chọn công suất trạm phát

Gọi P 1 : công suất của một phụ tải P 1 =

Trang 7

Gọi k đt : hệ số đồng thời k đt =

n

n1

n: tổng số phụ tải ; n 1 : số lượng phụ tải làm việc trong từng chế độ

Gọi k t : hệ số mang tải

đm

lv

P P

P lv : công suất thực tế khi làm việc với một phụ tải

Bước 1: Sau khi phân tích các phụ tải làm việc trong từng chế độ, thống kê được số lượng phụ tải, xác định các thông số riêng của phụ tải ta thành lập biểu bảng sau:(các mục 1, 2, 3, 4 ở các chế độ làm giống nhau)

Bảng 1

Chế độ hành trình

Chế độ

ở bến khơng làm việc

Chế độ

ở bến làm việc Thiết bị

lạnh khơng làm việc

Thiết bị lạnh làm việc

Chế độ kéo neo

Chế độ đánh bắt

Chế độ dự phòng

i n

P

n k đt k t K

1 1 1

i

n

Q

n k đt k t K

K : hệ số chế tạo = 0,8

Bước 3: Tính tổng công suất ở từng chế độ có tính đến tổn hao đường dây

P i’ = P 1,05 (KW)

Q i’ = Q 1,05 (KVAR) Bước 4: Công suất biểu kiến ở từng chế độ có tính đến tổn hao đường dây

S i’ = P  i'2 Q i'2 (KVA) Chọn công suất máy phát theo chế độ nặng tải nhất

Bước 5: Tính cos trung bình ở chế độ nặng tải nhất

Khi cos tb0,8 chọn công suất máy phát theo P’

cos tb < 0,8 chọn công suất máy phát theo S’

Yêu cầu : Tổng số phụ tải trong chế độ nặng tải nhất chỉ chiếm khoảng (7585)% công suất máy phát

Bước 6: Tính số lượng máy phát

Trang 8

- Nên chọn 2 máy phát làm việc song song

- Chọn cơng suất máy phát dự phòng theo chế độ dự phịng, cơng suất máy phát dự phịng phải cung cấp điện đủ cho các hệ thống và thiết bị quan trọng trên tàu như: Hệ thống lái, xuồng cứu sinh, bơm cứu hỏa, mạng chiếu sáng sự cố, thiết bị hàng hải, thơng tin liên lạc

Bước 7: Chọn công suất động cơ sơ cấp theo công suất máy phát

5 Chọn vị trí trạm phát

- Máy phát một chiều phải đặt cách xa la bàn từ

- An toàn, thuận lợi

- Trạm phát dự phòng phải đặt trên boong hoặc gần xuồng cứu sinh

6 Bảo vệ cho trạm phát

- Bảo vệ ngắn mạch: Dùng cầu chì, áp tô mát

- Bảo vệ quá tải: Dùng rơle dòng cực đại

- Bảo vệ đứt pha: Dùng đèn báo, rơle kém áp

- Bảo vệ kém áp: Dùng rơ le điện áp thấp, khi điện áp của trạm điện tàu chỉ còn 60% Uđm thì phải đưa trạm dự phòng hoạt động

II TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP (Automatic voltage regulation-AVR)

1 Mục đích

Do phụ tải thay đổi nhiều (sóng gió, lượng cá), hoặc khi tăng giảm tải nên dịng điện tải tăng, giảm đột ngột, điện áp ra máy phát sẽ thay đổi tương ứng Một máy phát khơng cĩ bộ điều chỉnh hoặc một máy phát khơng cĩ kích từ phức hợp sẽ khơng phát hiện được sự thay đổi điện áp

đĩ Lúc này, bộ tự động điều chỉnh điện áp rất cần thiết để nhanh chĩng điều chỉnh điện áp về giá

trị định mức

2 Yêu cầu đối với các bộ tự động điều chỉnh điện áp

- Tác dụng nhanh, chính xác (khi tải  50%, sự phục hồi U < 3S)

- Sai số cực đại  10% U đm khi tải thay đổi 50%

3 Nguyên tắc

Dựa trên sự sai lệch giá trị điện áp đầu ra của máy phát đưa phản hồi về để điều chỉnh Một

bộ AVR sẽ điều chỉnh điện áp máy phát với độ chính xác2,5% trên tồn dải thay đổi của tải Trường hợp này được gọi là điều chỉnh điện áp ở trạng thái ổn định Ở chế độ quá độ thì sụt áp vào khoảng 15% khi thay đổi tải đột ngột (khi khởi động một động cơ cơng suất lớn), điện áp lúc này sẽ được điều chỉnh về trạng thái ổn định sau 1,5 giây

Bộ tự động điều chỉnh điện áp về cơ bản cĩ các phần tử sau:

 Khối cảm biến điện áp: Là một biến áp đo lường

 Bộ chỉnh lưu và gia cơng tín hiệu điện áp ra của máy phát: Khối này tạo ra một tín hiệu điện áp một chiều cĩ trị số nhỏ và tỷ lệ với điện áp thực tế của máy phát Tín hiệu này được so sánh với giá trị đặt được tạo ra bởi một mạch chuẩn gồm các điơt zener và các điện trở Tín hiệu sai lệch từ bộ so sánh này được đưa đến một bộ khuếch đại

 Bộ khuếch đại tín hiệu: Khuếch đại tín hiệu sai lệch và gia cơng thành tín hiệu xung để điều khiển thyristor

 Khối điều khiển thyristor: Đĩng mở cấp dịng, kích từ cho mạch kích từ máy phát Thyristor làm một chuyển mạch điện tử tác động nhanh được điều khiển bởi một tín hiệu gửi đến chân điều khiển (G) của nĩ Thiết bị này chỉnh lưu và điều chỉnh dịng kích từ máy phát

Trang 9

Hình 1.4 Kết nối máy phát AC đồng bộ với AVR

a b Hình 1.5 a) Sự thay đổi điện áp máy phát khi có và không có AVR; b) Bộ AVR

 Ngoài ta còn có các phần tử khác được thêm vào AVR để đảm bảo tăng tính ổn định của

hệ thống, cải thiện quá trình tự kích khi khởi động máy phát, bảo vệ và báo động điện áp cao hoặc thấp

 Một bộ AVR hoàn chỉnh tương đối phức tạp và bao gồm một vài biến trở để chỉnh định độ nhạy, chỉnh định sai lệch và chỉnh độ ổn định (điều khiển tỷ lệ, tích phân và vi phân) Chúng được chỉnh và đặt trong quá trình chạy thử để đạt được các quá trình hoạt động tối

ưu trước khi đưa máy phát vào hoạt động

 Khi chạy thử AVR, theo hướng dẫn của nhà sản xuất, bao gồm việc đo các điện áp AC và

DC tại những điểm xác định trong mạch Các giá trị điện áp này được so sánh với các giá trị chuẩn phù hợp với máy phát được lắp đặt AVR Hầu hết trên các tàu đều có trang bị bộ AVR dự trữ để có thể thay thế khi AVR đang hoạt động bị sự cố hoặc cần tháo ra để bảo dưỡng định kỳ Việc thay thế chỉ được thực hiện sau khi dừng máy phát Kiểm tra và chỉnh định giá trị điện áp trên các tiếp điểm thử của bộ AVR mới phải phù hợp với máy phát Sau đó cho các máy phát làm việc song song, kiểm tra sự phân chia tải phản kháng giữa các máy phát

Trang 10

III MÁY PHÁT ĐIỆN LÀM VIỆC SONG SONG

Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, người ta thường ghép 2 máy phát điện làm việc song

song Ưu điểm: Khi hư một máy thì còn một máy cung cấp cho những tải cần thiết Khi chỉ vận

hành nửa tải có thể chuyển tải qua một máy cho một máy nghỉ

1 Hai máy phát AC làm việc song song

a Điều kiện

- Giá trị điện áp phải bằng nhau U 1 = U 2

- Tần số phải bằng nhau f 1 = f 2

- Các pha có thứ tự trùng nhau

- Góc pha các điện áp phải trùng nhau

Phương pháp đưa máy phát điện đồng bộ vào làm việc với lưới mà thỏa mãn điều kiện trên gọi là phương pháp hòa đồng bộ

b Các phương pháp hòa đồng bộ

- Hòa đồng bộ thô; Tự hòa đồng bộ; Hòa đồng bộ chính xác

c Phương pháp hòa đồng bộ chính xác

Hình 1.6 Sơ đồ nối dây hịa đồng bộ hai máy phát điện

Đầu tiên quay máy phát lên đến tốc độ đồng bộ và điều chỉnh kích từ, tăng dần điện áp máy phát Dùng vônmét V 1 và Hecmét Hz để kiểm tra xem điện áp và tần số máy phát đã bằng điện áp và tần số lưới chưa bằng cách đóng cầu dao K 2 sang a rồi lại sang b, đồng thời theo dõi đồng hồ V 0 , theo dõi sự sáng tối của đèn để chọn thời gian khi nào cả 3 đèn cùng tối và tối hơi lâu và chỉ số đồng hồ V 0 = 0 là thời điểm đóng cầu dao CD đưa MF 2 vào làm việc với lưới Gọi: Điện áp pha của lưới là U A1 , U B1 , U C1 ;

Điện áp pha của MF: U A2 , U B2 , U C2

A2 B2 C2

MF2

Trang 11

Điện áp đặt lên đèn là: U Đ1 = U A1 – U A2

U Đ3 = U C1 – U C2

Trường hợp 1 : Khi điện áp lưới và máy phát chưa trùng pha

U Đ1 = U A1 – U A2 : đèn sáng

Trường hợp 2 : Khi điện áp lưới và máy phát bằng nhau, U Đ = 0 : đèn tối

Trường hợp 3 : Khi nối sai thứ tự pha đèn không sáng tối đồng thời được

Nếu tần số máy phát và lưới không bằng nhau các vectơ điện áp lưới và máy phát sẽ quay với tốc độ góc khác nhau, góc lệch pha  0

180,0



 , U Đ 0,2U đèn lần lượt sáng tối Sự sai khác càng lớn thì đèn sáng tối càng nhanh Khi f lưới và f máy phát gần bằng nhau thì đèn sáng tối chậm dần

Trang 12

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG

I Khái niệm và phân loại

1 Khái niệm: Hệ thống phân phối điện năng là hệ thống dây dẫn và dây cáp truyền điện năng từ máy phát điện đến phụ tải thông qua các bảng phân phối điện

- Bảng phân phối điện là một khâu quan trọng liên kết phần tạo ra năng lượng điện (trạm phát điện) và phần tiêu thụ năng lượng (phụ tải)

- Bảng phân phối điện bao gồm bảng phân phối điện chính và bảng phân phối điện phụ

- Bảng phân phối điện chính (Main Switchboard) là nơi tập trung, điều khiển và phân phối tồn bộ năng lượng điện tàu thủy

- Cấu trúc chung bảng phân phối điện chính tàu thủy: Bảng phân phối điện chính tàu thủy thường được chia làm nhiều ngăn phụ thuộc vào số lượng máy phát, cơng suất trạm phát, số lượng và cơng suất phụ tải, chủng loại và trọng tải tàu

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc bảng phân phối điện chính tàu thủy

2 Phân loại

+ Theo nhiệm vụ :

- Mạng động lực : cung cấp điện cho thiết bị động lực, thiết bị có công suất lớn

- Mạng chiếu sáng : cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, thông tin

+ Theo loại dòng :

- DC (2 đường dây, 1 đường dây)

- AC (3 pha 4 dây hay 3 dây)

II Cấu trúc hệ thống phân phối điện năng

Mạng điện tàu thủy thường cĩ các loại hệ thống phân phối điện năng sau:

1 Hệ thống phân phối hình tia đơn giản: tất cả các máy phát cấp điện lên bảng điện chính và

từ đĩ cấp trực tiếp đến các phụ tải Hệ thống phân phối thường được áp dụng trên các tàu cĩ trọng tải trung bình và nhỏ

Trang 13

2 Hệ thống phân phối hình tia phức tạp: tất cả các máy phát cấp điện lên bảng điện chính và

từ đó cấp trực tiếp đến các phụ tải và các bảng điện phụ, các bảng điện phụ này lại cấp điện cho các phụ tải và các bảng điện phụ nhỏ hơn, … Các phụ tải được cấp điện trực tiếp từ bảng điện chính thường là các phụ tải có công suất lớn như các chân vịt mũi, chân vịt mạn, … hoặc là các phụ tải quan trọng như bơm cứu hỏa, máy lái …

Hình 2.2 Các sơ đồ phân phối điện năng

3 Sơ đồ thanh cái

 Thanh cái được gắn cố định trong bảng điện chính nhờ các ống sứ cách điện Khoảng cách giữa các ống sứ cách điện phụ thuộc vào tính toán ổn định điện động và thường vào khoảng 30cm Với lưới điện 3 pha thì hệ thống thanh cái gồm 3 thanh cái đặt song song nhau Khoảng cách giữa

Trang 14

các thanh cái phụ thuộc vào tính tốn ổn định điện động và đủ khơng gian để thao tác đo kiểm tra

và siết bulơng trên thanh cái, khoảng cách này thường vào khoảng 8 12 cm

 Cĩ các sơ đồ hệ thống thanh cái sau:

 Trạm phát với một hệ thống thanh cái khơng phân đoạn: hệ thống thanh cái

khơng phân đoạn cĩ cấu trúc đơn giản, nhưng cĩ nhược điểm là nếu cĩ một phụ tải nào đĩ bị ngắn mạch mà thiết bị bảo vệ phụ tải đĩ khơng hoạt động thì các máy phát sẽ ngắt ra khỏi lưới và tồn

bộ tàu mất điện; và khi tiến hành bảo dưỡng thanh cái phải cắt điện tồn bộ các máy phát

G1 CB1

G2 CB2

G3 CB3

G4 CB4

Hình 2.3 Trạm phát với hệ thống thanh cái khơng phân đoạn

 Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn: thanh cái được chia ra một số

đoạn khơng phụ thuộc vào nhau và mỗi đoạn được cấp nguồn độc lập Các đoạn này được nối với nhau bằng cầu dao, cầu nối hoặc aptomát Phân đoạn thanh cái bằng aptomat cho phép bảo vệ tự động ngắt phân đoạn bị sự cố ra khỏi hệ thống thanh cái Phân đoạn bằng cầu dao hoặc cầu nối chỉ

cĩ tác dụng ngắt từng phân đoạn ra để bảo dưỡng sửa chữa

G1 CB1

G2 CB2

G3 CB3

G4 CB4

Hình 2.4 Trạm phát với hệ thống thanh cái phân đoạn

III Cáp điện và dây dẫn

 Cáp điện cĩ một vài cấu trúc cơ bản sau:

Trang 15

 Dây dẫn điện hay còn gọi là cáp điện ó chức năng truyền dẫn điện năng và truyền dẫn điện tín hiệu Cáp điện tàu thủy phải có khả năng chịu được sự thay đổi lớn của điều kiện môi trường làm việc như nhiệt độ, độ ẩm Cáp điện tàu thủy phải được thiết kế chịu được nồng độ muối, nồng

độ dầu và các hóa chất khác và phải có độ bền cơ học cao

 Điện áp thông thường trên tàu là 380V hoặc 440V và cáp điện được thiết kế chịu được mức điện áp 600/1000V, có nghĩa là 600V giữa dây dẫn với mát và 1000V giữa các dây dẫn

 Ngày nay, loại cao su EPR (Ethylene Propylene Rubber) có thuộc tính vật lý và điện

tương tự cao su butyl nhưng có khả năng chịu ẩm và ozone tốt hơn được sử dụng rộng rãi, tuy

nhiên EPR lại chịu dầu và mỡ kém

 Loại XLPE (Cross-link Polyethylene) có khả năng chịu dầu mỡ tốt hơn nhưng thuộc tính

nhiệt và cơ kém hơn EPR

 Loại PVC (Polyvinil Chloride) được sử dụng rộng rãi trên bờ nhưng không được sử dụng

dưới tàu thủy PVC mềm và nóng chảy ở nhiệt độ cao (1500C), cứng và giòn ở nhiệt độ thấp

(-80C), cơ tính và lý tính kém ngay ở nhiệt độ thường

 Cáp nhiều lõi sử dụng trên tàu thủy có các màu khác nhau cho các lõi hoặc có in số trên mỗi lõi

 Vỏ bọc ngoài cáp được làm từ vật liệu chịu nhiệt, chịu dầu, hóa chất và không bắt lửa

(Heat–Oil–Flame Retardant: HOFR) Loại vật liệu CSP (Chlorosulphonated Polyethylene)

thường được sử dụng làm vỏ cáp điện sử dụng trên tàu thủy Vật liệu này ngoài khả năng

HOFR còn có cơ tính và lý tính cao

 Lưới bảo vệ để tăng cường bảo vệ cơ khí cho cáp điện thì bên trong vỏ bọc ngoài của cáp còn bố trí một lớp lưới bọc được làm bằng thép mạ kẽm hoặc đồng mạ thiết

 Sụt áp trên cáp điện từ bảng điện chính đến các phụ tải không được quá 6% (thực tế là 2%) Việc lựa chọn cáp phải thỏa mãn cả hai điều kiện về dòng định mức và sụt áp cho phép Bảng 1 đưa ra các thông số của cáp cao su butyl liên quan đến hai điều kiện này ở nhiệt độ môi trường 450C Căn cứ vào bảng 1để tính toán lựa chọn cáp phù hợp

2 Đầu cốt (Cable terminal socket) (hình 2.6) Đầu cốt thường được làm bằng đồng mạ thiếc hoặc đồng mạ bạc và được hàn hoặc kẹp chặt vào đầu lõi cáp nhờ dụng cụ bóp đầu cốt Đầu cốt phải được nối vào các đầu nối dây bằng bu-lông Trong quá trình bảo dưỡng hệ thống điện cần phải kiểm tra và siết chặt các bu-lông bắt cáp này

3 Đầu cút luồn cáp (Cable Gland) (hình 2.6) Cáp điện phải được cách điện, bảo vệ cơ khí và kín nước Khi cáp đi qua vách ngăn, vào các hộp nối, vào các thiết bị điện như động cơ điện … thì phải được luồn qua một đầu cút bảo vệ đảm bảo các điều kiện trên Trong đầu cút có đệm làm kín nước thường làm bằng cao su chịu nhiệt Đầu cút có thể bằng nhựa hoặc kim loại (thép không gỉ, nhôm, đồng ….) và phải có kích thước phù hợp với đường kính ngoài của cáp

4 Đầu cáp điện phải được bảo vệ kín nước đề phòng thối cáp Để bảo vệ kín nước thì ngoài đầu cốt ra còn sử dụng thêm một ống bọc bằng cao su đặc biệt luồn vào phủ kín giữa đầu cốt và lõi cáp sau đó gia nhiệt cho ống bọc này ôm chặt lõi cáp Để đánh dấu đầu cáp người ta sử dụng các đầu số bằng các bulông, khoảng cách giữa các cổ dề vào khoảng 30–40 cm

Trang 16

5 Bán kính uốn cong cáp: khi cần uốn cong cáp thì bán kính trong của vòng uốn tối thiểu bằng

12 lần đường kính ngoài của cáp Ví dụ cáp có đường kính ngoài là 35mm thì bán kính uốn cong tối thiểu là 12 x 35 = 420mm

6 Đi cáp trong ống: khi đi cáp dưới sàn lacanh hoặc ở khu vực dễ va chạm cơ khí thì phải đi cáp trong ống sắt tráng kẽm, đường kính trong của ống tối thiểu bằng 1,5 lần đường kính ngoài của cáp Hai đầu ống cáp phải được làm kín nước bằng các đầu cút hoặc bằng silicon

Hình 2.6 Đầu đánh số và đầu cốt cáp điện

Hình 2.7 Máng cáp và cổ dề cố định trong cáp trong máng

6 Đi cáp trong máng cáp: khi cáp đi trên trần hoặc trên vách cao không có khả

năng xảy ra va chạm cơ khí thì đi cáp trong máng Cáp phải được bắt chặt cố định vào máng nhờ các cổ dề bằng sắt dẹp tráng kẽm, các cổ dề này được gắn cố định vào máng cáp bằng các bulông, khoảng cách giữa các cổ dề vào khoảng 3040cm

Trang 17

54

35

18

12 7,8 4,6 2,7 1,7 1,2 1,0 0,70 0,53 0,43 0,36 0,32 0,27 0,24

IV Kiểm tra đo tình trạng cách điện trên tàu

Trong quá trình vận hành và khai thác thiết bị điện, điện trở cách điện là một thơng

số quan trọng và cần được kiểm tra thường xuyên

Khi điện trở cách điện của một thiết bị điện quá thấp sẽ dẫn đến ngắn mạch và làm hỏng thiết bị điện đĩ và cũng ảnh hưởng đến tồn bộ mạch điện Điện trở cách điện thấp rất nguy hiểm cho người vận hành thiết bị

Bảng điện chính của tàu thủy đều được trang bị hệ thống kiểm tra điện trở cách điện Hai hệ thống điện 440V (380V) và 220V đều được bố trí thiết bị kiểm tra riêng Cần phải thường xuyên theo dõi trị số cách điện của hệ thống điện năng để cĩ biện pháp khắc phục

1 Yêu cầu về cách điện đối với các thiết bị và mạng điện

lạnh (M)

Trạng thái nóng (M)

1 Nguồn chiếu sáng

2 Mạng động lực

3 Mạng dịng nhỏ

0,3

1,0 0,3

1,0

1,0 1,0

Trang 18

2 Kiểm tra đo điện trở cách điện của mạng điện

Để đảm bảo an toàn cho thiết bị và cả người sử dụng nên phải thường xuyên kiểm tra điện

trở cách điện của lưới và có bảo vệ cách điện cho thiết bị

a Đo cách điện lưới một chiều

Hình 2.8 Sơ đồ nối dây đo điện trở cách điện

Giá trị điện trở cách điện của thanh cái 1 và vỏ tàu : r 1 = r 0

U  

Giá trị điện trở cách điện của 2 thanh cái : r c = r 0

2 1

2

(

U U

U U U

Nếu có tải R 3 , ta chỉ cần đo một dây là đủ

b Đo cách điện lưới điện AC

+ Dùng đèn: Các bĩng đèn được nối hình sao thơng qua nút ấn tiếp đất như hình vẽ Khi khơng cĩ pha nào chạm mát thì ba bĩng đèn này sáng đều nhau Khi cĩ một pha chạm mát thì các bĩng đèn sẽ cĩ độ sáng khác nhau Bĩng đèn được nối với pha cĩ điện trở cách điện thấp hơn so với các pha cịn lại sẽ cĩ độ sáng kém nhất Các đèn này được lắp đặt sẳn

và bố trí trên bảng điện chính để kiểm tra lưới điện trên tàu Người vận hành phải thường xuyên quan sát và ấn nút kiểm tra điện trở cách điện của mạng

r 0 : điện trở vôn kế

r 1 : điện trở cách điện của thanh cái 1 và vỏ tàu

r 2 : điện trở cách điện của thanh cái 2 và vỏ tàu :

Vị trí a: đo U 2; điện áp giữa thanh 2 và vỏ tàu

Vị trí b: đo U 1; điện áp giữa thanh 1 và vỏ tàu

Vị trí c: đo áp 2 thanh cái (MF)

Giá trị R cđ được chỉ trực tiếp trên mặt đồng hồ đo

Lần lượt đo cách điện 2 thanh, thanh 1 và vỏ tàu, thanh 2 và vỏ tàu

a b

c

Trang 19

Hình 2.10 Kiểm tra điện trở cách điện bằng đèn + Dùng vônmét: tương tự như bóng đèn khi R cđ giảm dẫn đến chỉ số của U giảm

3 Kiểm tra điện trở cách điện bằng thiết bị đo điện trở cách điện

 Thiết bị đo điện trở cách điện (hình 2.11 cĩ một mạch điện tử cảm biến giá trị điện trở cách điện và hiển thị thường xuyên trên đồng hồ chỉ thị được đặt cố định trên bảng điện chính Người vận phải thường xuyên quan sát để kiểm tra điện trở cách điện của mạng Nguyên tắc chung của thiết bị đo điện trở cách điện là cho dịng một chiều chạy qua mạng điện xoay chiều cần kiểm tra

 Hình 2.12 là sơ đồ nguyên lý thiết bị bảo vệ điện trở cách điện thấp cho từng phụ tải (động cơ điện, máy biến áp, thiết bị sấy, …) Biến dịng cĩ một cuộn thứ cấp, sơ cấp là

3 dây của phụ tải, khi điện trở cách điện của một pha thấp, dịng tổng 3 pha khác 0, đưa tín hiệu đến bộ khuếch đại và so sánh với tín hiệu chuẩn, báo động bằng đèn và thực hiện ngắt mạch phụ tải

 I/U là thiết bị biến đổi dịng điện thành điện áp

 KĐ/SS là khối khuếch đại và so sánh tín hiệu ngõ ra của khối I/U với tín hiệu chuẩn

Hình 2.11 Thiết bị đo điện trở cách điện

Hình 2.12 Bảo vệ cách điện thấp cho phụ tải

Trang 20

CHƯƠNG 3

CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

I Các chế độ làm việc của động cơ trong truyền động điện

Căn cứ vào đặc điểm và thời hạn làm việc , người ta chia chế độ làm việc của truyền động điện thành 3 loại : dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại

1 Chế độ dài hạn

Chế độ làm việc của truyền động điện được gọi là dài hạn nếu phụ tải được duy trì trong thời gian dài Trong thời gian đó, nhiệt độ của động cơ đạt tới trị số ổn định

Ví dụ : Máy bơm, nén khí, quạt gió v.v…

2 Chế độ ngắn hạn

Phụ tải chỉ duy trì trong thời gian ngắn còn thời gian nghỉ dài Trong thời gian làm việc, nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới trị số ổn định thì động cơ đã nghỉ Thời gian nghỉ dài nên nhiệt độ của động cơ giảm tới trị số ban đầu Đặc trưng cho chế độ làm việc ngắn hạn là thời gian làm việc t lv , thường t lv < 90’

Ví dụ : Kéo lưới, kéo neo

3 Chế độ ngắn hạn lặp lại

Thời gian có tải và nghỉ xen kẻ nhau, tiếp diễn nhiều lần Trong thời gian làm việc, nhiệt độ của động cơ chưa đạt đến trị số ổn định thì mất tải Trong thời gian nghỉ, nhiệt độ của động cơ chưa giảm tới trị số ban đầu thì động cơ lại có tải

Đặc trưng cho chế độ ngắn hạn lặp lại là thời gian đóng điện tương đối TĐ% hoặc %

ck lv lv

lv

t

t t t

lv

t

t t t

a Chế độ dài hạn b Chế độ ngắn hạn c Ngắn hạn lặp lại

Hình 3.1 Đồ thị phụ tải các chế độ làm việc của đơng cơ điện

II Đồ thị phụ tải của truyền động điện

Đồ thị phụ tải là cơ sở để tính toán xác định công suất và chọn loại động cơ

Đồ thị phụ tải gồm hai loại: Đồ thị phụ tải của động cơ, Đồ thị phụ tải của máy sản xuất

Trang 21

1 Đồ thị phụ tải của máy sản xuất

M c = f(t), P c = f(t) (Mômen cản tỉnh) thành lập do đặc tính làm việc, yêu cầu công nghệ của sản xuất Sau khi xác định phần truyền cơ khí ta qui đổi mômen cản tổng về trục động cơ từ đó xác định công suất và chọn sơ bộ động cơ

2 Đồ thị phụ tải của động cơ

M đ = f(t) , P đ = f(t)

với M đ = M c + J

dt dw

M c : mômen cản tỉnh đã qui đổi về trục động cơ

J : mômen quán tính của toàn bộ hệ thống qui đổi về trục động cơ

w : tốc độ quay của động cơ

Đối với những truyền động có thể bỏ qua các giai đoạn quá độ thì đồ thị quá tải của động cơ trùng với đồ thị tĩnh của máy sản xuất đã qui đổi về trục động cơ

M đ (t) = M c (t) ; P đ (t) = P c (t)

Đồ thị phụ tải động cơ được sử dụng để tính toán kiểm tra lại động cơ đã chọn sơ bộ ban đầu, theo diều kiện phát nóng : quá tải, khởi động

3 Tính qui đổi lực cản, mômen cản, khối quán tính và mômen quán tính về trục động cơ

III Tính chọn công suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh

1 Tính chọn công suất động cơ khi phụ tải dài hạn

a Tải dài hạn không đổi

H Q



 1000

.

[kw]

Q : lưu lượng gió m 3 /s ;

H : tổng áp lực N/m 2 ;  Q : hiệu suất của quạt ;

 tr :hiệu suất khâu truyền động

Ví dụ 2: Công suất trên trục động cơ bơm

tr b

H H Q





1000

) (

 : tỉ trọng chất lỏng cần bơm N/m 3 ;

Q : lưu lượng chất lỏng m 3 /s;

Ví dụ: bơm nước, quạt gió Điều kiện chọn công suất động cơ :

P đm  P c

Thường chọn : P đm = (1  1,3)P c

Hình 3.2 Đồ thị phụ tải tỉnh của máy sản xuất

đã qui đổi về trục động cơ có dạng P c = f(t)

t

Pc

Trang 22

H : chiều cao cần bơm (tổng chiều cao hút và đẩy);

H : độ giảm cột nước trong ống dẫn chính (m)

b Tải dài hạn biến đổi

2 Tính chọn công suất động cơ khi phụ tải ngắn hạn

a Chọn động cơ làm việc dài hạn phục vụ cho tải ngắn hạn không đổi

Để tận dụng hết công suất và khả năng chịu nhiệt của động cơ ta chọn động cơ dài hạn có :

P đm  P c.nh P c.nh : công suất chịu nhiệt

Sao cho ở cuối thời gian làm việc nhiệt độ của động cơ đạt tới trị số T ođ

b Chọn động cơ ngắn hạn phục vụ cho tải ngắn hạn không đổi

Loại động cơ này thường được chế tạo với thời gian làm việc tiêu chuẩn 15’, 30’, 60’, 90’

Dựa vào đồ thị P c = f(t) ta chọn P đm = (1  1,3) P c.nh

Có thời gian làm việc tiêu chuẩn bằng t lv

c Tải ngắn hạn biến đổi

Tính công suất đẳng trị : P đt =

3 2 1

3 2 3 2 2 2 1 2 1

t t t

t P t P t P

- Nếu động cơ dài hạn chọn động cơ có : P đm  (1  1,3) P đt

- Ngắn hạn chọn động cơ có : P đm = (1  1,3) P đt

- Nếu động cơ ngắn hạn lặp lại : P đm  P c.nh

n x x

t

t M

Hoặc P tb =



n x

n x x

t

t P

Thời gian dòng điện tương đối của động cơ %  t lv theo bảng sau :

t

P

t lv

Trang 23

3.Tính chọn công suất động cơ khi phụ tải ngắn hạn lặp lại

a Phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi

3 2 3 2 2 2 1 2 1

t t t

t P t P t P

3 2 1

t t t t

t t t

- Khi % tính được <% tiêu chuẩn của động cơ : chọn cho động cơ làm việc quá tải

- Khi % tính toán > % tiêu chuẩn thì chọn động cơ làm việc non tải

IV Kiểm nghiệm công suất động cơ

1 Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng

Sau khi tính toán công suất và chọn sơ bộ động cơ ta phải kiểm tra lại động cơ đó theo điều kiện phát nóng, quá tải, khởi động v.v…

Để kiểm tra theo điều kiện phát nóng, ta có thể sử dụng một trong các phương pháp

a Nhiệt sai cực đại

Động cơ được chọn phải luôn luôn đảm bảo điều kiện : T max  T ođ

T max : nhiệt độ cao nhất mà động cơ đạt tới trong quá trình làm việc với phụ tải thay đổi trong phạm vi cho phép

b Tổn thất trung bình  P tb

 P tb =

m

m m

t t

t

t P t

P t P

2 2 1

Nếu  P tb   P đm thì động cơ chọn sơ bộ ban đầu là đúng

c Phương pháp các đại lượng đẳng trị

* Dòng điện đẳng trị I đt =

m

m m

t t

t

t I t I t I

2 1

2 2 2 2 1 2 1

Khi I đt  I đm : chọn đúng

* Mômen đẳng trị ( I đt ) M = C I C: hệ số tỉ lệ

3 2 1

3 2 3 2 2 2 1 2 1

t t t

t M t M t M

P c.nl : Công suất động cơ có ngắn hạn lặp lại

Cho động cơ làm việc quá tải

* Chọn động cơ ngắn hạn lặp lại

P đm = (1  1,3)P cnl

Loại động cơ này có đặc điểm: độ bền cơ khí cao, quán tính cơ học nhỏ vì phải khởi động và hãm luôn, khả năng quá tải lớn có  %ù phù hợp với % của phụ tải bằng 100 %

ck

lv

t t

Trang 24

* Công suất đẳng trị P đt =

3 2 1

3 2 3 2 2 2 1 2 1

t t t

t P t P t P

2 Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải và khởi động

Gọi k qt : hệ số quá tải của động cơ đã chọn

đm

I M

Mmax max

 Động cơ được chọn phải thỏa điều kiện :

M cmax , I cmax : mômen và dòng điện lớn nhất của phụ tải đã qui đổi về trục động cơ

V Chọn loại động cơ theo các yêu cầu kỹ thuật

1 Chọn theo loại dòng điện và cấp điện áp

- Quá trình truyền động đòi hỏi tốc độ cao, điều chỉnh tốc độ trơn; thường quá tải, khởi động có tải, thường xuyên khởi động nên dùng động cơ một chiều

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ không lớn lắm, điều chỉnh có cấp, tần số đóng cắt nhỏ nên dùng động cơ AC vì giá rẻ, sử dụng nguồn thuận tiện

- Điều chỉnh tốc độ rộng mômen khởi động lớn nên dùng động cơ rôto dây quấn

- Điện áp định mức của động cơ được chọn phải phù hợp với điện áp tại nơi lắp đặt

2 Chọn theo cấu trúc

- Theo điều kiện môi trường: hở, bảo vệ, kín

- Loại bảo vệ: có vỏ bao, ngăn không cho vật lạ rơi vào máy điện hay nước văng tạt vào Không để người va phải bộ phận quay

- Trên tàu thường sử dụng kiểu kín : được thông gió bằng cánh quạt cùng trục hay bằng ống dẫn khí sạch từ ngoài vào, có bộ phận chống cháy, chống nổ, chống nước ngấm nhờ những tấm đệm cao su

Trang 25

CHƯƠNG 4

KHÍ CỤ ĐIỆN

I KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

1 Khái niệm: Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh

và bảo vệ cho mạch điện, lưới điện, máy điện

2 Phân loại

a Theo chức năng

- Đóng cắt: cầu dao, áp tô mát, công tắc…

- Điều khiển: công tắc tơ, rơle thời gian, bộ khống chế…

- Bảo vệ: áp tô mát, cầu chì, rơle nhiệt…

- Cấu tạo: có tiếp điểm, không tiếp điểm

b Theo dòng điện: một chiều (DC) và xoay chiều (AC)

c Theo nguyên lý làm việc: điện từ, cảm ứng, nhiệt, tốc độ…

d Theo cách vận hành: bằng tay hoặc tự động

3 Yêu cầu đối với khí cụ điện

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

- Ổn đinh nhiệt, ổn định động, vật liệu chịu nóng tốt và có độ bền cơ khí cao

- Vật liệu cách điện tốt, bảo đảm làm việc chính xác an toàn, kích thước phù hợp

II KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY

Công tắc điện có bố trí cơ cấu lò xo nên việc đóng cắt xảy ra nhanh và dứt khoát, hạn chế được hồ quang

Hình 4.1 Công tắc 2 và 3 vị trí

1.2 Phân loại và cấu tạo

 Theo hình dạng:

o Loại kín

Trang 26

Ví dụ: Trong hệ thống lái tàu thủy, yêu cầu bánh lái chỉ được phép quay một góc

35o trái hoặc phải, khi bánh lái đạt đến giới hạn này, công tắc hành trình sẽ tác động ngắt tín hiệu điều khiển và bánh lái không thể quay hơn được nữa

1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của công tắc

 Điện áp định mức U đm: là điện áp lâu dài của mạch điện mà công tắc khống chế, điện áp định mức có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều

 Dòng điện định mức I đm: là dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của công tắc mà không làm hỏng tiếp điểm

 Tuổi thọ cơ khí: Được tính bằng số lần đóng ngắt, thường vào khoảng 1 triệu lần

đóng ngắt không điện và 200 ngàn lần đóng ngắt có dòng điện định mức

 Điện áp cách điện: Điện áp thử cách điện

1.4 Các loại công tắc

a Công tắc nguồn 1 chiều

 Loại công tắc xoay

Hình 4.2 Công tắc nguồn

chiều loại vặn 4 vị trí

 Dòng điện định mức liên tục 300A

 Dòng điện định mức không liên tục 400A

 Điện áp định mức 36VDC

 Vỏ của công tắt có thể toả sáng trong điều kiện thiếu ánh sáng giúp cho việc vận hành được dễ dàng hơn

 Vỏ được làm bằng vật liệu carbon đa phân tử nên có thể chống cháy

 Tiếp điểm của loại công tắt này được thiết kế có tiết diện lớn, điện trở cách

Trang 27

 Loại công tắc bật

Hình 4.3 Công tắc nguồn 1 chiều loại bật

 Điện áp định mức 12VDC

 Dòng điện định mức 25A

 Tiếp điểm được làm bằng bạc

 Có 4 đầu nối dây

 Có 2 vị trí là đóng (on) và ngắt (off)

b Công tắc nguồn xoay chiều

Hình 4.4 Công tắc nguồn xoay chiều 2 vị trí 4 cực

 Loại công tắc này cho phép kết nối 2 hoặc nhiều nguồn AC khác nhau vào cùng

1 mạch điện

 Vị trí “Shore” có thể kết nối điện áp định mức 120V AC

 Vị trí “Gen” có thể kết nối điện áp định mức 120V-240V AC

 Dòng điện định mức 65A

c Công tắc nguồn một chiều (DC) và xoay chiều (AC)

Hình 4.5 Công tắc nguồn DC-AC

 Điện áp xoay chiều định mức 250VAC

 Điện áp 1 chiều định mức 32VDC

 Dòng xoay chiều định mức 10A

 Dòng 1 chiều định mức 15A

 Loại công tắc này thường được sử dụng nối tiếp với các CB (Circuit Breaker)

 Lý tưởng cho việc điều khiển các máy bơm nước bẩn ở đáy tàu

 Có thể được lắp đặt rất nhanh chóng

Trang 28

c Công tắc hành trình

Hình 4.6 Công tắc hành trình kiểu ép và kiểu con lăn

Công dụng: Dùng để hạn chế hành trình làm việc của các cơ cấu truyền động Ví dụ hạn

chế góc mở của bánh lái

2 TAY KHỐNG CHẾ (BỘ KHỐNG CHẾ)

2.1 Khái niệm

 Tay khống chế là một thiết bị điện được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện

có công suất trung bình và nhỏ Tay khống chế thường có từ 3 đến 11 vị trí điều khiển, chuyển đổi mạch điện bằng tay gạt hoặc vôlăng xoay, điều khiển trực tiếp các thiết bị điện, máy điện như: khởi động, thay đổi tốc độ, đảo chiều, dừng…

 Trên tàu thủy, tay khống chế thường được sử dụng để điều khiển động cơ các tời kéo, tời neo, các cần cẩu nhỏ…

2.2 Phân loại

 Phân loại theo chức năng điều khiển

 Tay khống chế điều khiển: Có kích thước nhỏ, nhiều vị trí điều khiển, được sử

dụng để chuyển mạch điều khiển các hệ thống điện và thủy lực…thông qua các cơ cấu

trung gian như công tắc tơ, van điện từ

 Tay khống chế động lực (tay trang):Có kích thước lớn, có thể khống chế tải có

dòng vài trăm A, được sử dụng để điều khiển trực tiếp các tải có công suất trung bình Chẳng hạn sử dụng tay trang để khởi động, thay đổi tốc độ, đảo chiều, dừng các động

cơ điện có công suất đến 50kW

 Phân loại theo kết cấu

 Tay khống chế hình trống: Đóng ngắt tiếp điểm do vị trí tương đối các vành

trượt tĩnh và động

 Tay khống chế hình cam: Đóng ngắt vị trí do biên độ cam khác nhau

2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 4.7 vẽ minh họa cấu tạo một tay khống chế hình trống Tay khống chế này có

7 vị trí, một vị trí 0 và 6 vị trí điều khiển 3’, 2’, 1’, 0, 1, 2, 3 Trong sơ đồ tiếp điểm, tay khống chế này có 2 cặp tiếp điểm là 7-8, 9-10 Tiếp điểm 7-8 sẽ đóng khi tay khống chế

Trang 29

đặt ở các vị trí 3’, 2’, 1’, 3 Tiếp điểm 9-10 sẽ đóng khi tay khống chế đặt ở các vị trí 3’, 0,

1, 2, 3

Hình 4.7 Tay khống chế hình trống

Hình 4.8 Tay khống chế hình cam

Trang 30

Hình 4.8 minh họa cấu tạo và hoạt động của tay khống chế hình cam, các cam này không dẫn điện mà chỉ tác động đóng mở các tiếp điểm được bố trí xung quanh cam Các cam có biên độ khác nhau sẽ đóng tiếp điểm có biên độ cam lớn và ngắt tiếp điểm có biên độ cam nhỏ

2.4 Các thống số kỹ thuật cơ bản

 Điện áp định mức Uđm : Là điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà tay khống chế điều khiển, điện áp định mức có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều

 Dòng điện định mức Iđm: Là dòng điện cho phép qua tiếp điểm của tay khống chế mà không làm hỏng tiếp điểm, thường chọn dòng định mức của tay khống chế bằng 1.3 lần dòng định mức của tải (nếu tải là động cơ điện xoay chiều)

 Tuổi thọ cơ khí: Được tính bằng số lần đóng ngắt, thường vào khoảng vài trăm ngàn lần đóng ngắt không điện và 100 ngàn lần đóng ngắt có dòng điện định mức

 Điện áp cách điện: Điện áp thử cách điện

 Dòng thời gian giữa 2 chu kỳ là 2 giây

 Dây nối điện :

- Đối với phích cắm: tối thiểu 0.75mm2, tối đa 1mm2

- Lỗ cắm tối thiểu 1mm2, tối đa 2.5mm2

Trang 31

3.3 Các loại phích cắm và ổ cắm thường được dùng

a Phích cắm-ổ cắm kín nước

Hình 4.10 Phích cắm - ổ cắm kín nước

 Loại phích căm-ổ cắm này được làm từ hợp kim crôm và kẽm

 Thường được sử dụng trên boong tàu vì nó có thể kín nước

 Điện áp định mức 12÷32V DC

 Dòng điện định mức 15A

 Có 2 bộ tiếp điểm để đấu nối

 Miếng cao su đính kèm dùng để đậy và cách ly ổ cắm với nước khi không sử dụng phích cắm

b Phích cắm-ổ cắm dạng hình Y

Hình 4.11 Phích cắm -ổ cắm dạng hình Y

 Thiết bị này thường được dùng để chia nguồn điện làm đôi cho 2 thiết bị sử

dụng điện khác nhau

 Các đầu nối có khóa bảo vệ

 Loại này cách ly đối với nước nên thích hợp sử dụng ở những nơi ẩm ước

c Phích căm-ổ cắm tích hợp

 Dòng điện định mức của phích cắm là 30A

 Dòng điện định mức của ổ cắm là 20A

Hình 4.12 Phích cắm - ổ cắm tích hợp

 Loại thiết bị này giúp cho người sử dụng có thể lựa chọn loại ổ cắm hoặc phích cắm thích hợp khi sử dụng

Trang 32

 Thiết bị này có thể cách ly đối với nước

 Các tiếp điểm, đầu nối bên trong đã được cách ly với bên ngoài nên rất an toàn khi sử dụng

Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các

thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu, và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệ vv… ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V và mạch xoay chiều điện áp đến 500V, tần số 50Hz

 Nút nhấn được dùng phổ biến trong việc khởi động, dừng và đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng và ngắt các mạch cuộn dây hút của các công tắc tơ, khởi động từ mắc ở mạch động lực của động cơ

 Nút nhấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn

 Nút nhấn thường được nghiên cứu chế tạo để làm việc trong môi trường không

ẩm ướt, không có hơi hoá chất và bụi bẩn

 Nút nhấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không tải và 200.000 lần đóng có tải

Theo hình dạng bên ngoài ta chia nút nhấn thành 4 loại:

 Nút nhấn kiểu hở được đặt trên bề mặt một giá đặt trong bảng điện hay ở tủ điện

Trang 33

Hình 4.15 Nút nhấn kiểu bảo vệ chống nước trên tàu

 Nút nhấn kiểu chống nổ được dùng trong các hầm lò, hoặc nơi có khí nổ lẫn không khí Cấu tạo của nó đặc biệt kín khít không lọt được tia lửa ra ngoài và đặc biệt vững chắc để không bị phá vỡ khi nổ

- Theo cấu tạo bên trong ta có nút nhấn có đèn báo, không có đèn báo 4.3 Nguyên lý hoạt động

 Nút nhấn có đặc tính tự hoàn nguyên, có nghĩa là khi tác động một lực lên nó thì các tiếp điểm của nút nhấn thay đổi trạng thái, khi ngừng tác động thì các tiếp điểm tự

trở về trạng thái cũ

 Loại nút nhấn có chốt cài thì có thể sử dụng như nút nhấn bình thường (tự hoàn nguyên) hoặc sử dụng ở chế độ cài Sau khi tác động, các tiếp điểm thay đổi trạng thái, nếu ngừng tác động thì các tiếp điểm tự trở về trạng thái cũ, nhưng nếu thực hiện cài (thường sử dụng thao tác xoay nút nhấn) thì các tiếp điểm vẫn ở trạng thái mới cho đến khi

có tác động ngừng cài

4.4 Các thống số kỹ thuật cơ bản

 Điện áp định mức Uđm: Điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà nút ấn khống chế, điện áp định mức có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều

 Tuổi thọ cơ khí: Được tính bằng số lần đóng ngắt, thường vào khoảng 1 triệu lần đóng ngắt không điện và 200 ngàn lần đóng ngắt có dòng định mức

 Điện áp cách điện: Điện áp thử cách điện

5 CẦU DAO ( THROW KNIFE SWITCH )

5.1 Định nghĩa

Cầu dao là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay đơn giản nhất được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một chiều và 380V điện xoay chiều

Trang 34

Cầu dao thường được dùng để đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ và khi làm việc không cần thao tác đóng ngắt nhiều lần Nếu điện áp cao hơn hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao thường chỉ làm nhiệm vụ đóng ngắt không tải Vì trong trường hợp này khi ngắt mạch hồ quang sinh ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá huỷ trong một thời gian rất ngắn và khơi mào cho việc phát sinh hồ quang giữa các pha; từ đó vật liệu cách điện sẽ bị hỏng, nguy hiểm cho thiết bị và người thao tác

Cầu dao cần đảm bảo ngắt điện tin cậy các thiết bị dùng điện ra khỏi nguồn điện

áp Do đó khoảng cách giữa tiếp xúc điện đến và đi, tức chiều dài lưỡi dao cần phải lớn hơn 50mm Đôi khi ở cầu dao người ta cũng bố trí cả cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

 Theo kết cấu, người ta chia cầu dao làm loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực

Hình 4.16 Các loại cầu dao thông thường

 Người ta cũng chia cầu dao ra loại có tay nắm ở giữa hay tay nắm ở bên Ngoài

ra còn có cầu dao một ngã và cầu dao hai ngã

 Theo điện áp định mức: 250V và 500V

 Theo dòng điện định mức: 15, 25, 30 (40), 60, 75, 100, 150, 350, 600, 1000A

 Theo vật liệu cách điện, có các loại đế sứ đế nhựa bakêlit, đế đá

 Theo điều kiện bảo vệ, có loại không có hộp, có loại có hộp che chắn ( nắp nhựa, nắp gang, nắp sắt vv…)

 Theo yêu cầu sử dụng, người ta chế tạo cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại không

 Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành thấp nên ngày nay vẫn được ứng dụng rộng rãi

 Các phần tử cơ bản của cầu chì là dây chảy (để cắt mạch điện cần bảo vệ) và thiết bị dập tắt hồ quang để dập tắt hồ quang phát sinh ra sau khi dây chảy bị đứt Ở mạch điện hạ thế đôi khi người ta không cần dùng thiết bị dập tắt hồ quang

1.2 Các loại cầu chì

Cầu chì được sản xuất dưới nhiều hình dạng và kích thước khác nhau Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cầu chì, nhưng về cơ bản thì có hai loại chính:

Trang 35

a Cầu chì ống

Cầu chì ống thường có 4 loại cơ bản:

 Loại 1: hai đầu được bọc sắt, thân làm bằng thuỷ tinh và dây chảy được làm bằng chì dùng để nối hai đầu cầu chì lại với nhau

 Loại 2: Tương tự như loại 1 nhưng thân được làm bằng các sợi thuỷ tinh

 Loại 3: Tương tự như loại 1 nhưng dây chảy được làm bằng vật liệu là ribbon

 Loại 4: Dây chảy là thanh hợp kim mỏng được làm từ kẽm và đồng thau Loại cầu chì ống hiện nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau Hiện nay người ta đã chế tạo được cầu chì có thể chịu được điện áp định mức gần 10.000 volt

và dòng điện định mức trong khoảng 0.002÷10.000ampe

Ngoài ra, cầu chì ống còn được dùng để bảo vệ quá nhiệt với nhiệt độ trong khoảng: 65÷410oF

Hình 4.17 Các loại cầu chì hình ống

b Cầu chì loại vặn (Plug-type fuses)

Cầu chì loại vặn có dây chảy được làm bằng vật liệu ribbon

Hình 4.18 Cầu chì loại vặn

Hình 4.19 Cầu chì có hộp bằng bảo vệ làm từ lexan

 Loại có dòng định mức 250A, điện áp định mức 32VDC:

Dây chảy tốt

Dây chảy

bị đứt

Trang 36

Hình 4.20 Cầu chì có bộ phận bảo vệ bằng nhựa

 Cầu chì hình chữ T

Hình 4.21 Cầu chì hình chữ T

 Cầu chì loại MEGA

Dòng điện định mức của loại cầu chì này là 100÷250A Điện áp định mức 32VDC

Hình 4.22 Cầu chì loại MEGA

Khi được lắp đặt trong hệ thống loại cầu chì này cũng có vỏ bảo vệ bên ngoài;

Hình 4.23 Cầu chì loại MEGA có vỏ bằng nhựa

Hình 4.24 Cầu chì loại MEGA có vỏ bằng loại nhựa dẻo chịu nhiệt cao

Trang 37

 Cầu chì Maxi

Hình 4.24 Cầu chì Maxi Điện áp định mức 32VDC Dòng điện định mức 30÷80A Loại cầu chì này có giá thành tương đối thấp Dây chảy của cầu chì có điện trở rất thấp và được cách ly với bên ngoài Loại cầu chì này thích hợp cho các dòng điện nhánh

1.3 Nguyên lý làm việc của cầu chì

Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng điện chạy qua ( đặc tính ampe-giây) Để có tác dụng bảo vệ, đường ampe-giây của cầu chì (đường 1, hình 4.25) tại mọi thời điểm đều phải thấp hơn đường đặc tính của đối tượng được bảo vệ (đường 2, hình 4.25)

 Đường đặc tính thực tế của cầu chì được biểu thị bằng đường cong 3

 Trong miền quá tải lớn (vùng B), cầu chì bảo vệ được đối tượng

 Trong miền quá tải nhỏ (vùng A), cầu chì không bảo vệ được đối tượng

Hình 4.25 Đặc tính ampe-giây của cầu chì Trong thực tế, khi quá tải không lớn (1.5-2Iđm) thì sự phát nóng của cầu chì diễn ra chậm và phần lớn nhiệt lượng đều tỏa ra môi trường xung quanh Do đó cầu chì không bảo

vệ được quá tải nhỏ

Trị số dòng điện mà dây chảy của cầu chì bị chảy đứt khi đạt tới nhiệt độ giới hạn được gọi là dòng điện giới hạn (Igh) Để dây chảy của cầu chì không chảy đứt ở dòng điện làm việc định mức Iđm, cần phải đảm bảo điều kiện Igh > Iđm

Để bảo vệ tốt và nhạy, dòng điện giới hạn phải không lớn hơn dòng định mức nhiều

 Đối với đồng : Igh / Iđm = 1.6÷2

 Đối với chì : Igh / Iđm = 1.25÷1,45

 Đối với hợp kim chì thiết : Igh / Iđm = 1.15

Trang 38

 Dòng điện định mức của cầu chì được lựa chọn sao cho khi chạy liên tục qua dây chảy, chỗ phát nóng lớn nhất của dây chảy không làm cho kim loại bị oxy hóa quá mức và biến đổi đặc tính bảo vệ; đồng thời nhiệt phát ra ở bộ phận bên ngoài của cầu chì

cũng không vượt quá trị số ổn định

 Khi chọn mua cầu chì thì cần phải chú ý vào 3 yếu tố chính :

 Điện áp định mức

 Dòng điện định mức

 Thời gian trì hoãn của cầu chì

 Ngoài ra người sử dụng cần phải tham khảo phạm vi ứng dụng của và các thông tin hướng dẫn sử dụng do nhà sản xuất cung cấp…

 Dòng định mức của cầu chì: là dòng điện lớn nhất đi qua cầu chì mà không

làm đứt cầu chì Dòng định mức luôn luôn đựơc ghi trên vòng sắt ở hai đầu của cầu chì Thông thường, các cầu chì được sử dụng trên tàu có dòng định mức có thể lên tới 200A, loại cầu chì này có thể dễ dàng tìm thấy trong các nguồn chiếu sáng khẩn cấp

 Điện áp định mức của cầu chì: thể hiện khả năng dập tắt hồ quang tức thì khi

cầu chì bị nóng chảy và nó cũng chính là điện áp lớn nhất dùng để ngăn hiện tượng phóng điện.Nói cách khác, khi cầu chì bị đứt thì tất cả các điện áp mà nhỏ hơn điện áp định mức đều không thể gây ra hiện tượng phóng điện tại khoảng trống trong cầu chì Vì vậy khi chọn cầu chì, ta phải chọn cầu chì có điện áp định mức bằng hoặc cao hơn điện áp bảo vệ trong mạch điện

2 CB ( CIRCUIT BREAKER)

2.1 Định nghĩa

CB (circuit breakers) là thiết bị dùng để đóng ngắt và bảo vệ mạch điện Chức

năng của CB cũng gần giống như cầu chì CB sẽ tự động ngắt mạch khi có sự cố ngắn mạch gây nên quá dòng hay quá nhiệt, nên có người ta còn gọi là cầu dao tự động hay là aptomat

Sự khác biệt giữa CB và cầu chì là CB có thể sử dụng lại được CB bảo vệ mạch điện bằng cách ngắt mạch, nếu muốn sử dụng lại ta chỉ cần khởi động lại (reset) Ngoài ra

CB còn có thể được sử dụng như là thiết bị điều khiển Để thay thế cho việc đóng mở CB bằng tay, chúng ta có thể thiết kế mạch điện để đóng mở CB tự động

2.2 Cấu tạo của CB

CB thông thường có 5 bộ phận chính: Sườn, tiếp điểm cơ khí, bộ phận triệt hồ quang, các đầu nối dây và bộ phận đóng ngắt

Hình 4.26 Các bộ phận chính trên CB

Trang 39

Hình 4.27 Cấu tạo chi tiết của CB

 Sườn: dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong và cách ly đối với con người

Ngoài ra khung của CB còn được dùng để gắn kết các bộ phận khác với nhau Sườn của

CB sẽ quyết định kích thước vật lý, dòng điện và điện áp lớn nhất có thể qua CB

 Các tiếp điểm cơ khí: dùng để đóng và mở CB

 Bộ phận triệt hồ quang: Dùng để hạn chế, chia nhỏ và dập tắt hồ quang ở giữa

tiép điểm mỗi khi CB ngắt dòng điện Bộ phận dập hồ quang thực chất chỉ là các tiếp điểm được mắt nối tiếp với nhau

Hình 4.28 Bộ phận triệt hồ quang

Các CB dùng trong các mạch công suất lớn thường có bộ phận triệt hồ quang Còn các CB dùng trong các mạch điện công suất nhỏ như: mạch đèn chiếu sáng thì thường không có

 Các đầu nối dây : Dùng để nối CB với nguồn và tải

 Bộ phận đóng ngắt : rất nhạy đối với sự cố quá tải Bộ phận đóng ngắt có thể

sử dụng: nhiệt đô, từ tính, hoặc cả hai

2.4 Các loại CB

Hình 4.29 CB có bảo vệ chống dòng rò

Nơi chia nhỏ hồ quang

Tiếp điểm

Trang 40

2.3 Nguyên lý làm vi ệc của CB

CB sử dụng thanh nam châm mắt nối tiếp với tải Khi dòng điện tải bình thường, nam

châm không đủ lực từ để di chuyển thanh đóng ngắt Vì vậy tiếp điểm vẫn ở trạng thái đóng

Hình 4.30 Hình tiếp điểm khi dòng tải bình thường