Giáo trình Khí cụ điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ trung cấp và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: khái niệm khí cụ điện, hồ quang và các phương pháp dập tắt hồ quang; lực điện động; khí cụ điện đóng cắt; dao cách ly; máy cắt điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỰ ĐỘNG HĨA GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN : KHÍ CỤ ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: ) ngày tháng năm 20 NINH BÌNH, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Khí cụ điện thực tham gia giảng viên trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô Trên sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô, với trường điểm tồn quốc, giáo viên có nhiều kinh nghiệm thực biên soạn giáo trình Khí cụ điện phục vụ cho cơng tác dạy nghề Giáo trình thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ trung cấp dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo, sau học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp môn học, mô đun đun khác nghề Mặc dù cố gắng, song sai sót khó tránh Tác giả mong nhận ý kiến phê bình, nhận xét bạn đọc để giáo trình hồn thiện Ninh Bình, ngày tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Võ Thanh An MỤC LỤC GIÁO TRÌNH LỜI GIỚI THIỆU MƠN ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HỒN THÀNH MƠN HỌC Error! Bookmark not defined BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN Khái niệm khí cụ điện 1.1 Khái niệm 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Các yêu cầu khí cụ điện 1.2 Sự phát nóng khí cụ điện 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Chế độ ngắn hạn lặp lại: 10 1.2.3 Phát nóng vật thể đồng chất chế độ làm việc dài hạn 11 1.3 Tiếp xúc điện 12 1.3.1 Điện trở tiếp xúc tiếp điểm: 13 1.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc: 15 1.3.3 Cấu tạo tiếp xúc: 16 1.4 Hồ quang phương pháp dập tắt hồ quang 20 1.4.1 Quá trình hình thành hồ quang 20 1.4.2 Tác hại hồ quang 20 1.4.3 Các phương pháp dập hồ quang 20 1.5 Lực điện động 21 1.5.1 Khái niệm: 21 1.5.2 Phương pháp tính lực điện động 21 1.5.3 Lực điện động số dạng dây dẫn 23 Cơng dụng khí cụ đện 26 2.1 Cơng dụng phân loại khí cụ điện 26 2.1.1 Cơng dụng khí cụ điện 26 2.1.2 Phân loại khí cụ điện 27 BÀI 1: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐĨNG CẮT 31 Cầu dao 31 1.1 Cấu tạo: 31 1.2 Nguyên lý hoạt động: 33 1.3 Phân loại: 34 1.4 Công dụng: 34 1.5 Tính chọn cầu dao: 35 1.6 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng cầu dao: 35 1.7 Sửa chữa cầu dao 36 Các loại công tắc nút điều khiển 36 2.1 Công tắc 36 2.1.1 Định nghĩa, ký hiệu: 36 2.1.2 Phân loại: 36 2.1.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động: 37 2.2 Công tắc hộp: 37 2.3 Công tắc vạn 38 2.4 Cơng tắc hành trình: 39 2.5 Nút điều khiển 40 2.5.1 Phân loại, công dụng: 41 2.5.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc: 41 2.5.3 Sửa chữa công tắc nút điều khiển 42 Dao cách ly: 43 3.1 Cấu tạo: 43 3.2 Nguyên lý hoạt động: 43 3.3 Tính chọn Dao cách ly: 45 3.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng Dao cách ly: 45 3.5 Sửa chữa Dao cách ly: 46 Máy cắt điện 46 4.1 Cấu tạo: 47 4.2 Nguyên lý hoạt động: 47 4.3 Tính chọn máy cắt điện: 48 4.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng Error! Bookmark not defined Giới thiệu số máy cắt điện 48 5.1 Máy cắt nhiều dầu: 48 5.2 Máy cắt dầu: 48 5.3 Máy cắt khơng khí: 49 5.4 Máy cắt chân không 49 5.5 Máy cắt khí SF6 51 Áptômát: 52 6.1 Cấu tạo: 52 6.2 Nguyên lý hoạt động 55 6.3 Tính chọn Áptơmát 56 6.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 57 6.5 Sửa chữa Áptomat 57 BÀI 2: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ 61 Nam châm điện 61 1.1 Cấu tạo: 61 1.2 Nguyên lý làm việc phân loại: 62 1.3 Ứng dụng nam châm điện: 64 1.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 65 1.5 Sửa chữa nam châm điện 65 Rơ le điện từ: 66 2.1 Cấu tạo: 66 2.2 Nguyên lý hoạt động: 67 Rơle dòng điện: 70 3.1 Khái niệm: 70 3.2 Nguyên lý làm việc: 70 Rơle điện áp: 71 Rơle nhiệt: 72 5.1 Cấu tạo: 72 5.2 Nguyên lý làm việc: 74 5.3 Tính chọn rơle nhiệt: 75 5.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 77 5.5 Sửa chữa rơle nhiệt: 77 Cầu chì: 77 6.1 Cấu tạo: 77 6.2 Nguyên lý hoạt động phân loại: 77 6.3 Tính chọn cầu chì: 82 6.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 84 6.5 Sửa chữa cầu chì: 84 Thiết bị chống dòng điện rò 85 7.1 Cấu tạo: 85 7.2 Nguyên lý hoạt động phân loại: 85 7.3 Tính chọn thiết bị chống rị điện: 87 7.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng: 88 7.5 Giới thiệu số thiết bị chống rò thường sử dụng 88 Biến áp đo lường: 90 8.1 Máy biến áp đo lường: 90 8.2 Máy biến dòng: (BI), (TI) 91 BÀI KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 95 Công tắc to: 95 1.1 Cấu tạo: 95 1.2 Nguyên lý làm việc: 97 1.3 Tính chọn cơng tắc tơ 98 1.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 98 1.5 Sửa chữa khí cụ điện điều khiển 99 Khởi động từ: 99 2.1 Cấu tạo: 99 2.2 Tính chọn lắp đặt: 100 2.3 Độ bền điện tiếp điểm: 101 2.4 Đặc tính kỹ thuật ứng dụng 101 Rơle trung gian rơ le tốc độ 101 3.1 Rơ le trung gian: 101 3.2 Rơle tốc độ: 103 Rơle thơi gian: 104 4.1 Cấu tạo rơ le thời gian điện từ: 104 4.2 Nguyên lý hoạt động rơle thời gian kiểu điện từ: 105 4.3 Giới thiệu số rơle thời gian điện tử 105 4.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 107 Bộ khống chế 107 5.1 Công dụng phân loại: 107 5.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động khống chế hình trống 108 5.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động khống chế hình cam: 109 5.4 Một số thông số kỹ thuật khống chế 110 5.5 Tính chọn khống chế 110 5.6 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 111 MƠN ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN Mã mơ đun: MĐ13 Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun: Mô đun học sau môn học: An tồn lao động; Mạch điện, học song song với môn học Vật liệu điện Nội dung môn học nhằm trang bị cho học viên kiến thức kỹ cần thiết cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật ứng dụng, nắm tượng, nguyên nhân hư hỏng cách sữa chữa số khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu ngành nghề Mục tiêu mơ đun Sau học xong mơ đun này, học viên có lực: - Nhận dạng phân loại khí cụ điện - Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động loại khí cụ điện - Sử dụng thành thạo loại khí cụ điện - Tính, chọn loại khí cụ điện - Tháo lắp loại khí cụ điện - Sửa chữa loại khí cụ điện Nội dung mơn học/mơ đun: Nội dung tổng quát phân bố thời gian : Thời gian (giờ) Số TT Tên mô đun Tổng Lý số thuyết Thực hành Kiểm tra* Bài mở đầu 2 Bài Khí cụ điện đóng cắt 20 10 Bài Khí cụ điện bảo vệ 18 Bài Khí cụ điện điều khiển 20 10 60 31 25 Cộng: BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN Giới thiệu : Cùng với phát triển ngành công nghiệp điện thiết bị điện dân dụng, điện công nghiệp khí cụ điện sử dụng ngày tăng lên khơng ngừng Chất lượng khí cụ điện không ngừng cải tiến nâng cao với phát triển công nghệ Vì địi hỏi người cơng nhân làm việc ngành, nghề đặc biệt nghề điện phải hiểu rõ yêu cầu, nắm vững sở lý thuyết khí cụ điện Làm sở để nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc ứng dụng loại khí cụ điện để khơng ngừng nâng cao hiệu kinh tế tiết kiệm điện sử dụng Nội dung môn học nhằm trang bị cho học viên kiến thức cần thiết sở lý thuyết khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu ngành nghề Mục tiêu: - Nêu khái niệm, cơng dụng loại khí cụ điện - Hiểu cách tiếp xúc điện, cách tạo hồ quang điện dập tắt hồ quang điện - Rèn luyện tính nghiêm túc học tập thực công việc Nội dung chính: Khái niệm khí cụ điện 1.1 Khái niệm 1.1.1 Định nghĩa Khí cụ điện thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh bảo vệ lưới điện, mạch điện, máy điện máy móc sản xuất Ngồi dùng để kiểm tra điều chỉnh q trình khơng điện khác 1.1.2 Các u cầu khí cụ điện Khí cụ điện phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với thông số kỹ thuật định mức Nói cách khác dịng điện qua vật dẫn không vượt trị số cho phép khơng làm nóng khí cụ điện nhanh hỏng + Khí cụ điện ổn định nhiệt ổn định điện động Vật liệu phải chịu nóng tốt có cường độ khí cao q tải hay ngắn mạch, dịng điện lớn làm khí cụ điện hư hỏng biến dạng + Vật liệu cách điện phải tốt để xẩy điện áp phạm vi cho phép khí cụ điện khơng bị chọc thủng + Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc xác, an tồn song phải gọn nhẹ, rẻ tiền, dễ gia cơng, dễ lắp ráp, kiểm tra sữa chữa + Ngoài khí cụ điện phải làm việc ổn định điều kiện môi trường yêu cầu 1.2 Sự phát nóng khí cụ điện 1.2.1 Khái niệm Dịng điện chạy vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo định luật JunLenxơ) Nếu nhiệt độ vợt giá trị cho phép, khí cụ điện nhanh hỏng, vật liệu cách điện nhanh hoá già độ bền khí giảm nhanh chóng Nhiệt độ cho phép phận khí cụ điện cho bảng sau: (bảng 1.1) Bảng 1-1: Cấp cách Nhiệt độ cho điện phép (0C) Các vật liệu cách 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 hình ngón đồng hợp kim đồng 110 Tiếp xúc trượt đồng hợp kim đồng 120 Tiếp xúc má bạc 110 Vật không dẫn điện không bọc cách điện Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ vật liệu tương tự, không tẩm nhựa 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, loại sơn cách điện có dầu làm khơ E 120 Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi Giấy ép vải có tẩm nha phenolfocmandehit (gọi chung bakelit giấy) Nhựa melaminfocmandehit 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 phận không tiếp xúc với khơng khí Sơn cách điện alkit, sơn cách điện từ nhựa phenol Các loại sản phẩm mica (micanit, mica màng mỏng) Nhựa phênol-phurol có chất độn khống Nhựa eboxi, sợi thủy tinh, nhựa melamin focmandehit, amiăng, mica,hoặc thủy tinh có chất độn F 155 Sợi amiăng, sợi thủy tinh chất kết dính H 180 Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính C Trên 180 Mica khơng có chất kết dính, thủy tinh, sứ Politetraflotilen, polimonoclortrifloetilen Tùy theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác Có ba chế độ làm việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn làm việc ngắn hạn lặp lại 1.2.2 Chế độ ngắn hạn lặp lại: Ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại thường dùng hệ số thơng dịng điện ĐL% Theo định nghĩa: 10 Do dòng điện vượt trị số định mức tải, ngắn mạch, điện áp tăng cao đột ngột tần số thao tác lớn khí cụ điện khơng với định mức Lực ép lên bề mặt tiếp xúc không đủ Lưỡi dao động không phẳng, cong, vênh lắp ghép lệch Bề mặt tiếp xúc lưỡi dao động, ngàm cố định oxy hóa xâm thực mơi trường làm việc (có hóa chất, ẩm ướt …) Do hậu xuất dòng điện ngắn mạch pha với đất dịng ngắn mạch hai pha phía sau dao cắt Hư hỏng sứ cách điện lực tác động từ bên Hiện tượng hư hỏng hệ thống truyền động: Nguyên nhân: Các bề mặt tiếp xúc cấu truyền động bị rỉ sét dẫn đến ma sát lớn làm cho cấu hoạt động không Do hệ thống lò xo bị rỉ sét, bị mỏi học nên tạo lực ép không đảm bảo Cơ cấu truyền động bị hư hỏng 3.5 Sửa chữa Dao cách ly: Biện pháp sửa chữa: Lựa chọn khí cụ điện phải cơng suất, dịng điện, điện áp chế độ làm việc tương ứng Kiểm tra sửa chữa nắn thẳng, phẳng lưỡi dao động, điều chỉnh cho trùng khớp hoàn toàn lưỡi dao động ngàm cố định dao cách ly Kiểm tra xem lị xo có bị méo, biến dạng hay đặt lệch tâm khỏi chốt giữ Phải điều chỉnh lực ép tiếp điểm Thay lưỡi dao động kiểm tra thấy lưỡi dao động mòn bị rỗ cháy hỏng nặng Kiểm tra loại trừ nguyên nhân bên gây hư hỏng lưỡi dao động, thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng hệ thống truyền động để hệ thống làm việc đảm bảo độ tin cậy Trường hợp phận hư hỏng nặng ta thay phận chí thay tồn dao cách ly Máy cắt điện Máy cắt điện thiết bị dùng mạng điện áp cao để đóng cắt dòng điện phụ tải cắt dòng điện ngắn mạch Do điện áp cao (từ đến 35KV nữa), dòng điện lớn, nên cắt mạch hồ quang sinh mạnh Mật độ dòng điện hồ quang lớn (hàng nghìn ampe cm2) nên nhiệt độ hồ quang cao, 46 tới 10.000oC Cấu tạo máy cắt phải bảo đảm dập tắt hồ quang Máy cắt loại thiết bị làm việc tin cậy giá thành cao dùng nơi quan trọng Căn theo cấu tạo, máy cắt điện cao áp chia ra: máy cắt điện dầu, máy cắt điện khơng khí dao phụ tải 4.1 Cấu tạo: Máy cắt điện cấu tạo gồm phận sau: 10 11 12 20 19 18 21 22 23 12 13 14 15 16 17 Hình 2.9: Cấu tạo máy cắt điện nhiều dầu loại đơn giản Thanh ngang tiếp điểm động; 13 ống mức dầu; Hơi dầu; 14 Tấm lót cách điện; Đầu tiếp xúc tỉnh; 15 Dầu; ống tháo dầu; 16 Van tháo dầu; ống thơng khí; 17 Vỏ thùng; Khoang chứa khí; 18 Lị xo; Thanh truyền phận truyền động; 19 ổ đỡ; Trục quay; 20 Thanh truyền; Sứ ra; 21 Thanh truyền động; 10 Nắp gang; 22 Thanh ngang; 11 Mũ ốc; 23 Thanh cách điện 12 Vòng đệm; 4.2 Nguyên lý hoạt động: Thùng 17 có nắp đậy kín, thùng đổ dầu khoáng Tiếp điểm tỉnh nối với dây dẫn điện Tiếp điểm động điều khiển truyền động 20 Khi tiếp điểm động di chuyển lên, đóng mạch điện, Khi tiếp điểm động di chuyển xuống cắt mạch điện Dập hồ quang: cắt mạch điện hồ quang sinh đốt nóng dầu, dầu bốc phân tích sinh khí, hồ quang hấp thụ nhiệt lượng nguội tắt 47 Máy cắt điện có nhiều loại: Căn vào phương pháp dập hồ quang, người ta chia ra: - Máy cắt dầu: loại dầu, loại nhiều dầu - Máy cắt khơng khí - Máy cắt chân khơng - Máy cắt SF6 (khí êlêgat) v.v 4.3 Tính chọn máy cắt điện: Điện áp định mức (kV): UđmMC Uđm mạng Dòng điện định mức (A): IđmMC Ilvmax Dòng điện cắt ICđm (KA): ICđm Ixk Giới thiệu số máy cắt điện 5.1 Máy cắt nhiều dầu: Nguyên tắc hoạt động máy cắt điện nhiều dầu dập tắt hồ quang môi trường chất lỏng Dầu thường dùng dầu biến áp Khi hồ quang sinh ra, nhiệt độ cao nên dầu bị bốc sơi nên mạnh, tạo áp suất lớn áp lực khí dầu lớn, làm cho dầu bị xáo trộn mạnh hồ quang bị làm nguội dập tắt Máy cắt dầu có hai loại: Máy cắt nhiều dầu máy cắt dầu 5.2 Máy cắt dầu: Trong máy cắt dầu, dầu khoáng dùng để dập hồ quang, không làm nhiệm vụ cách điện máy cắt nhiều dầu Buồng dập hồ quang 3 Tiếp điểm động 2 Tiếp điểm tĩnh Thanh truyền động Dây dẫn mềm Hinh 2.10: Máy cắt dầu 48 Dập hồ quang: cắt mạch điện, hồ quang đốt nóng dầu, sinh khí áp suất lớn buồng dập hồ quang bị bịt kín Khi tiếp điểm động di chuyển lên mở khe ngang buồng áp suất cao ra, hồ quang bị kéo dài tắt Hình 2.11:Dập tắt hồ quang 5.3 Máy cắt khơng khí: Ngun tắc dập hồ quang máy cắt khơng khí dùng luồng khí áp suất tới 20 atmotphe để thổi tắt hồ quang Luồng khơng khí thổi dọc thổi ngang hồ quang, làm nguội nhanh làm đứt hồ quang Có kết cấu tương tự máy cắt trên, khác buồng dập hồ quang hìh vẽ Hồ quang bị buồng khí áp suất cao thổi, bị kéo dài tắt.(Hình 2.12) Hình 2.12: Dập tắt hồ quang luồng khí 5.4 Máy cắt chân khơng Trong máy cắt chân không, buồng dập hồ quang chân không sử dụng để ngăn chặn hồ quang đóng cắt tải cắt dịng điện cố Khi tiếp điểm bắt đầu tách rời môi trường chân khơng, dịng điện bị gián đoạn bắt đầu phóng hồ quang bề mặt kim loại tiếp điểm bị ngắt hẳn Hồ quang sau dập tắt kim loại dẫn điện ngưng tụ bề mặt tiếp điểm vòng vài giây Kết độ bền điện môi máy cắt phục hồi nhanh chóng 49 Các tính chất máy cắt chân không phụ thuộc phần lớn vào vật liệu hình dạng tiếp điểm Trong giai đoạn phát triển, nhiều loại vật liệu sử dụng để làm tiếp điểm Vào thời điểm đó, người ta chấp nhận hợp kim crom đồng vật liệu tốt cho máy cắt trung Trong hợp kim này, crom phân phối qua đồng dạng hạt mịn Vật liệu kết hợp đặc tính chống hồ quang tốt với xu hướng giảm hàn dính tiếp điểm đóng cắt dịng điện cảm Việc sử dụng vật liệu đặc biệt ngắt dòng điện giới hạn từ đến lần dòng điện đầy tải (Amps) Tại dòng điện 10kA, hồ quang cháy chân khơng phóng điện khuếch tán Ở giá trị lớn dòng điện, hồ quang chuyển thành dạng co thắt với điểm cực dương Một điểm hồ quang trì chỗ thời gian dài làm nóng tiếp điểm đến mức độ xy hóa vùng tiếp xúc tiếp điểm khơng cịn đảm bảo Để khắc phục vấn đề này, tia hồ quang phải dẫn hướng khỏi điểm bề mặt Để đạt điều này, tiếp điểm định hình rãnh xốy theo chiều kim đồng hồ để tạo từ trường xung quanh trục tiếp điểm Trường xuyên tâm làm cho tia hồ quang quay nhanh xung quanh tiếp điểm tạo phân bố đồng nhiệt bề mặt Kiểu tiếp điểm gọi điện cực từ trường xuyên tâm chúng sử dụng phần lớn máy cắt cho ứng dụng trung áp Hình dạng tiếp điểm buồng chân khơng Một thiết kế xuất buồng ngắt chân khơng, để chuyển hồ quang từ dạng điểm sang trạng thái khuyếch tán cách dẫn hồ quang theo từ trường hướng trục Một từ trường cung cấp cách dẫn dịng hồ quang thơng qua cuộn dây bố trí phù hợp bên ngồi buồng chân khơng Ngồi ra, từ trường tạo cách thiết kế rãnh xoáy tiếp điểm Các tiếp điểm gọi điện cực từ trường dọc Ngun lý có lợi dịng điện ngắn mạch vượt 31,5kA 50 5.5 Máy cắt khí SF6 Trong máy cắt SF6, dòng điện tiếp tục trì sau tiếp điểm tách thơng qua trạng thái plasma hồ quang bị ion hóa khí SF6 Cho đến tiếp điểm bị hồ quang đốt cháy, hồ quang phải chịu dịng khí liên tục hấp thụ nhiệt từ Hồ quang dập tắt dịng điện khơng Dịng khí tiếp tục khử ion cho tiếp điểm thiết lập môi trường cách điện cần thiết để ngăn chặn đánh lửa trở lại Hướng dịng khí, cho dù song song cắt ngang qua hồ quang, có ảnh hưởng đến hiệu trình dập hồ quang Nghiên cứu dịng khí dọc theo trục tạo nhiễu loạn gây xáo trộn mạnh mẽ liên tục khí plasma dịng điện tiến đến gần khơng Dịng khí ga làm mát cắt ngang hồ quang thường đạt thực tế cách thực dẫn hồ quang di chuyển khí tĩnh Tuy nhiên, q trình dẫn đến ổn định hồ quang biến động lớn khả ngắt máy cắt Để đạt dịng khí hướng trục vào hồ quang, chênh lệch áp suất phải tạo dọc theo tia hồ quang Thế hệ máy cắt SF6 sử dụng nguyên lý áp suất kép phận máy cắt khơng khí Ở đây, lượng khí định lưu giữ áp suất cao giải phóng vào buồng dập hồ quang Hiện khí áp suất cao máy nén liên quan loại bỏ thiết kế hệ thứ hai Ở chênh lệch áp suất tạo piston gắn liền với tiếp điểm di động, dịng khí nén xi lanh nhỏ tiếp điểm bắt đầu mở Một bất lợi hệ thống phun đòi hỏi cấu vận hành tương đối mạnh mẽ Hình 2.18 Máy cắt ngồi trời 51 Áptơmát: 6.1 Cấu tạo: 2, Các tiếp điểm Các tiếp điểm phụ Tiếp điểm hồ quang Buồng dập hồ quang a/ Nguồn vào Buồng dập hồ quang Nút công tác Ngắt từ tính Lưỡng kim nhiêt Nguồn b/ Hình 2.19: Cấu tạo Áptômát a: Hệ thống tiếp điểm kiểu Áptômát b: Các phận kiểu Áptômát 52 Tiếp điểm: áptơmát thường chế tạo có cấp tiếp điểm (chính hồ quang), cấp tiếp điểm (chính, phụ hồ quang) Khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang đóng trước tiếp điểm phụ sau tiếp điểm Khi cắt mạch ngược lại tiếp điểm mở trước tiếp điểm phụ sau tiếp điểm hồ quang Như hồ quang cháy tiếp điểm hồ quang bảo vệ tiếp điểm để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hỏng tiếp điểm 53 Tiếp điểm thường làm hợp kim gốm chịu hồ quang như: Ag - W, Cu - W, Cu - Ni v.v Buồng dập hồ quang: Để Áptômát dập hồ quang tất chế độ làm việc lưới điện người ta thường dùng kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín kiểu hở + Kiểu nửa kín đặt vỏ kín Áptơmát có lỗ khí Loại có dịng giới hạn cắt khơng q 50 KA + Kiểu hở: dùng dòng điện cắt lớn 50 KA điện áp lớn 1kV Trong buồng dập hồ quang thông thường người ta dùng thép xếp thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang Cơ cấu truyền động cắt Áptơmát Truyền động cắt áptơmát thường có hai cách: tay điện (điện từ) Điều khiển tay thực với áptơmát có dịng điện định mức không lớn 600A Điều khiển điện từ (nam châm điện) ứng dụng Áptômát có dịng điện lớn (đến 1000A) Hình 2.20 Cơ cấu truyền động Aptomat Hình 2.20 (a) cấu điều khiển Áptơmát cắt nam châm điện có khớp tự Khi đóng bình thường (khơng có cố), tay đòn (2) (3) nối cứng tâm xoay O nằm thấp đường nối hai điểm O1 O2 Giá đỡ (5) làm cho hai tay địn khơng gập lại Ta nói điểm O vị trí chết 54 Khi có cố, phần ứng (6) nam châm điện (7) bị hút đập vào hệ thống tay đòn (2) , (3) làm cho điểm O khỏi vị trí chết Điểm O cao đường nối O1O2 lúc tay đòn (2) , (3) không nối cứng Các tiếp điểm nhanh chóng mở tác dụng lị xo kéo tiếp điểm (hình 2.21 b) Muốn đóng Áptơmát ta phải kéo tay địn (4) xuống phía (hình 2.20 c) sau đóng vào Móc bảo vệ Áptômát tự động cắt nhờ phần tử bảo vệ, gọi móc bảo vệ: Móc bảo vệ tải (còn gọi dòng điện) để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị tải, đường thời gian – dịng điện móc bảo vệ phải nằm đường đặc tính đối tượng cần bảo vệ Người ta thường dùng hệ thống điện từ rơle nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên áptơmát Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện Khi dịng điện vượt q trị số cho phép phần ứng bị hút móc đập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm áptơmát mở (hình 2.21) Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng lị xo, ta điều chỉnh giá trị dịng điện tác động Để giữ thời gian bảo vệ kiểu điện từ, người ta thêm cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe cấu đồng hồ) Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn, có kết cấu tương tự rơle nhiệt có phần tử đốt nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, kim loại kép giãn nở làm nhả khớp rơi tự để mở tiếp điểm áptơmát có q tải Kiểu có nhược điểm qn tính nhiệt lớn nên khơng ngắt dịng điện tăng vọt có ngắn mạch, bảo vệ dịng điện ngắn mạch Vì người ta thường sử dụng tổng hợp móc bảo vệ kiểu điện từ móc kiểu rơle nhiệt áptômát Loại thường dùng áptơmát có dịng điện định mức đến 600A Móc bảo vệ sụt (cịn gọi bảo vệ điện áp thấp) thường dùng kiểu điện từ Cuộn dây mắc song song với mạch điện 6.2 Nguyên lý hoạt động 10 11 Hình 2.21: Ngun lí cấu tạo Bộ phận tiếp xúc Tay địn Móc Rơle dòng điện Trục quay 8, Lá sắt non 55 Lúc mạng điện bình thường, chi tiết vị trí hình vẽ, mạch đóng kín + Khi mạch bị ngắn mạch (hoặc tải), dòng điện tăng cao nên Rơle dòng điện (5) hút sắt non (8) làm tay đòn (4) tác động vào cần (3) làm nhả móc (2) Dưới lực kéo lò xo (11) phận tiếp xúc mở mạch bị cắt + Tương tự sụt áp, Rơle điện áp (6) nhả sắt non (9) Dưới lực kéo lò xo (10) sắt non đẩy tay đòn tác động vào cần móc (2) bị nhả, mạch điện bị cắt 6.3 Tính chọn Áptơmát Việc lựa chọn Áptơmát chủ yếu dựa vào + Dịng điện tính tốn mạch + Dòng điện tải + Điện áp mạng + Tính thao tác có chọn lọc Ngồi lựa chọn áptơmát cịn phải vào tính chất làm việc phụ tải áptômát không phép cắt có tải ngắn hạn thường xẩy điều kiện làm việc bình thường dịng điện khởi động dòng điện đỉnh phụ tải Yêu cầu chung dịng điện định mức móc bảo vệ ICB khơng bé dịng điện tính tốn Itt mạch UCB Umạng ICB Itt Tùy theo đặc tính phụ tải ta chọn dịng điện định mức bảo vệ 125%, 150% hay lớn với dòng điện tính tốn mạch Sau Áptơmát chọn theo số liệu kỷ thuật cho nhà chế tạo Áptômát chọn theo tiêu chuẩn sau: Hệ tiêu chuẩn Số cực Điện áp vận hành Dòng điện vận hành Tần số Dung lương cắt Loaị mạch điện bảo vệ (đặc tính cắt) Các chức phụ 56 Áptơmát tự động ngắt mạch loại B đảm nhận bảo vệ dây dẫn Công tắc tự động ngắt mạch loại C sử dụng để bảo vệ thiết bị có dịng điện đóng mạch lớn Thí dụ động nhỏ, máy biến áp nhóm đèn huỳnh quang lớn với tụ bù Áptômát tự động ngắt mạch loại B ngắt mạch dòng điện lớn gấp đến lần dòng định mức, loại C dòng điện lớn gấp đến 10 lần dòng định mức 6.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng - Các tiếp điểm bị cháy, bị dính đóng cắt dòng điện lớn so với dòng điện định mức Aptomat - Các tiếp điểm bị rỗ bề mặt Aptomat đóng, cắt có tải nên dịng điện lớn đặc biệt đóng cắt thiết bị, mạng điện có cơng suất lớn thường xảy tượng cháy hồ quang làm cho bề mặt bị cháy rỗ - Bề mặt tiếp điểm bị dập, lực đóng cắt lớn vật liệu làm tiếp điểm không đạt yêu cầu - Cơ cấu truyền động cắt Áptomat bị hư hỏng - Các bề mặt bị bụi bám bẩn 6.5 Sửa chữa Áptomat Aptomat loại khí cụ điện có cấu tạo phức tạp đặc biệt cấu truyền động cắt với Aptomat nhỏ có dịng điện 5, 10, 15, 20 thường người ta dùng vỏ aptomat làm gối đỡ để lắp đặt cấu truyền động đóng, cắt đồng thời hai phần vỏ cố định lại hai mối ghép đinh tán nên tháo lị xo bị bung khó lắp lại xác nên loại thường khơng sửa chữa mà phải thay Đối với Aptomat lớn có dịng định mức lớn ta tháo để làm vệ sinh bảo dưỡng hệ thống tiếp điểm, cấu truyền động cắt thay số phận đơn giản bị hư hỏng 57 Câu hỏi trắc nghiệm lựa chọn Đọc kỹ câu hỏi, chọn ý trả lời tô đen vào thích hợp cột bên Nội dung câu hỏi TT 2.1 Áptơmát cho phép đóng cắt có tải do: a b c d □? □? □? □? a Tiếp điểm nằm buồng dập hồ quang b Bề mặt tiếp điểm lớn c Do có rơle dịng rơle áp d Cả a, b c 2.2 Công dụng dao cách ly là: □? □? □? □? a Đóng , cắt mạch điện cao áp b Đóng cắt mạch điện trung c Đóng , cắt mạch điện hạ áp d Tạo khoảng hở an tồn nhìn thấy 2.3 Cơng dụng cầu dao mạng hạ là: □? □? □? □? a Đóng cắt khơng tải có tải nhỏ b Đóng cắt có tải c Bảo vệ ngắn mạch d Cả a, b c sai 2.4 Theo hình dáng bên người ta chia nút nhấn làm □? □? □? □? loại: a Loại hở, loại bảo vệ, loại bảo vệ chống nước, bụi chống cháy, nổ b Người ta chia nút nhấn làm loại 1, nút, c loại có đèn báo khơng có đèn báo d Cả a b 2.5 Dao cách ly lựa chọn theo điều kiện định mức kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động, ổn định nhiệt: □? □? □? □? a Điện áp định mức (kV): UđmDCL Uđm mạng d Dòng điện định mức (A): IđmDCL Ilv max c Dòng điện ổn định lực điện động (Imax): Imax Ixk 58 d Cả a, b c 2.6 Nguyên tắc dập hồ quang dao cắt phụ tải là: □? □? □? □? a Dùng khí tự nhiên b Dùng khí, sinh buồng dập hồ quang c Dùng dầu biến áp d Tạo vách ngăn để dập hồ quang 59 Bài tập thực hành: Thực hành tháo, lắp, bảo dưỡng, sửa chữa, quan sát cấu tạo, nguyên lý hoạt động cầu dao, nút nhấn, công tắc, dao cách ly, máy cắt điện, aptomat I Mục tiêu: - Tháo lắp, phán đoán sửa chữa hư hỏng cầu dao, nút nhấn, công tắc, dao cách ly, máy cắt điện, aptomat đảm bảo kỹ thuật an toàn II Dụng cu, vật liệu - Các loại kìm, tuốc nơ vít, loại cờ lê, bút thử điện, đồng hồ vạn - Một số loại khí cụ điện như; cầu dao, nút nhấn, công tắc, dao cách ly, máy cắt điện, aptomat … III Nội dung thực hành Thao tác sử chữa cầu dao, dao cách ly: - Mở nắp - Tháo cực bắt dây điện vào, dây điện ra, dùng giấy ráp vệ sinh vặn cực bắt dây vào cũ - Điều chỉnh ngàm tĩnh trùng khít với lưỡi dao động, dùng giấy ráp vệ sinh ngàm cầu dao lưỡi dao động - Kiểm tra đàn hồi lò xo lưỡi dao phụ Aptomat, máy cắt điện - Dùng tuốc nơ vít tháo nắp - Dùng kìm tháo cần thao tác đóng cắt - Tháo rơ le dòng, ro le nhiệt kiểm tra bị hỏng phải thay - Dùng giấy ráp vệ sinh, làm phẳng tiếp điểm 60 ... GIỚI THIỆU Giáo trình Khí cụ điện thực tham gia giảng viên trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô Trên sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô, với trường điểm... …gọi chung khí cụ điện 2 .1 Cơng dụng phân loại khí cụ điện 2 .1. 1 Cơng dụng khí cụ điện Khí cụ điện sử dụng rộng rãi nhà máy điện, trạm biến áp, xí nghiệp cơng nghiệp, nơng nghiệp, lâm nghiệp, thủy... 23 Công dụng khí cụ đện 26 2 .1 Công dụng phân loại khí cụ điện 26 2 .1. 1 Cơng dụng khí cụ điện 26 2 .1. 2 Phân loại khí cụ điện 27 BÀI 1: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG