báo cáo Aptomat (bản chính thức)

Một trong những sự cố nghiêm trọng trong hệ thốngđiện là các dạng ngắn mạch, ngoài ra còn có các sự cố như chạm đất, mất pha, quátải… Để thực hiện chức năng đóng cắt và bảo vệ, yêu cầu đ

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

Mục đích,yêu cầu 3

Đối tượng nghiên cứu 4

Kết quả nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ APTOMAT 5

1.1.Khái niệm và yêu cầu cần thiết của aptomat 5

1.1.1.Khái niệm: 5

1.1.2.Yêu cầu: 5

1.2.Phân loại aptomat: 6

1.2.1.Theo kết cấu 6

1.2.2.Theo thời gian thao tác 7

1.2.3.Theo công cụ bảo vệ 8

1.3.Cấu tạo của aptomat (2) : 8

1.3.1 Tiếp điểm: 8

1.3.2 Hộp dập hồ quang: 9

1.3.3 Cơ cấu truyền động cắt aptomat: 10

1.3.4 Móc bảo vệ: 10

1.4.Nguyên lý làm việc của aptomat 11

1.4.1 Nguyên lý làm việc của aptomat dòng điện cực đại: 11

1.4.2.Nguyên lý làm việc của aptomat điện áp thấp: 12

1.4.3 Nguyên lý làm việc của aptomat dòng điện cực tiểu: 13

1.4.4 Nguyên lý làm việc của aptomat công suất ngược: 14

CHƯƠNG 2: CÁCH LỰA CHỌN APTOMAT 15

2.1.Cách lựa chọn Aptomat (2) 15

2.1.1.Các thông số lựa chọn aptomat 15

2.2.2 Các hệ thống để lựa chọn Aptomat: 15

3.1 Một số loại aptomat: 19

3.1.1.Aptomat vạn năng có phần tử bảo vệ điện tử, nhiệt 19

3.1.2 Aptomat định hình: 19

3.2.Thông số kỹ thuật một số loại Aptomat của các hãng sản xuất: 19

KẾT LUẬN ……… 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển,điện là một phần không thể thiếu trong cuộcsống hiện đại , bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trongcác ngành kinh tế quốc dân, với vai trò như vậy một yêu cầu đặt ra cho hệ thốngđiện là làm thế nào để hệ thống cung cấp điện làm việc có độ tin cậy cao, đáp ứngmột cách tốt nhất nhu cầu sử dụng điện năng của xã hội Trong đó, hệ thống cácthiết bị đóng cắt có một ý nghĩa quan trọng trong hệ thống điện Nó đảm bảo chocác thiết bị điện chủ yếu như máy phát điện, máy biến áp, đường dây dẫn điện trênkhông và cáp nguồn, các động cơ điện…và toàn bộ hệ thống điện làm việc an toàn,tin cậy

Các thiết bị đóng cắt có nhiệm vụ là bảo vệ và đóng cắt các thiết bị điệntrong hệ thống điện, kịp thời xa thải những phần tử hệ thống khỏi hệ thống điện để

xử lý nhanh chóng các sự cố Một trong những sự cố nghiêm trọng trong hệ thốngđiện là các dạng ngắn mạch, ngoài ra còn có các sự cố như chạm đất, mất pha, quátải…

Để thực hiện chức năng đóng cắt và bảo vệ, yêu cầu đối với các thiết bị đóngcắt là làm việc đủ độ tin cậy, độ nhạy cảm cao, tính tác động nhanh và bảo vệ cóchọn lọc

Hiện nay, hệ thống lưới điện Việt Nam đang trên đà phát triển để hòa nhậpcùng với các nước trên thế giới nên hệ thống các thiết bị đóng cắt cũng được đổimới với nhiều chủng loại và mẫu mã khác nhau, cùng với các công nghệ tiên tiếncủa nhiều hãng như: ABB, Siemens…v.v.Xác định được tầm quan trọng của thiết

bị đóng cắt nên nhóm em chọn đề tài: “Tìm hiểu về aptomat” để làm đề tài báocáo

Mục đích,yêu cầu

 Mục đích.

Tìm hiểu cấu tạo ,nguyên lí hoạt động của aptomat và từ đó biết được cách sửdụng và khả năng bảo vệ cũng như các chức năng của aptomat

 Yêu cầu.

Sau khi tìm hiểu về aptomat, chúng ta có thêm kiến thức về aptomat để từ đóvận dụng vào việc sử dụng chúng một cách hợp lí, đúng mục đích

Đối tượng nghiên cứu.

Tìm hiểu về aptomat dựa trên cơ sở lí thuyết

Kết quả nghiên cứu.

Sau khi tìm hiểu và trình bày vào bản báo cáo giúp em hiểu sâu hơn về aptomat

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ APTOMAT

1.1.Khái niệm và yêu cầu cần thiết của aptomat.

Thường gọi là aptomat không khí vì hồ quang dập tắt trong không khí(1)

Aptomat là khí cụ điện làm việc ở chế độ dài hạn nghĩa là chỉ số dòng điện chạyqua aptomat tùy ý

Aptomat ngắn mạch được trị số dòng điện lớn đến vài chục Kiloampe

1.1.2.Yêu cầu (2)

Yêu cầu đối với aptomat như sau:

- Chế độ làm việc ở định mức của aptomat phải là chế độ làm việc dài hạn,nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu bao nhiêu cũng được Mặtkhác mạch vòng dẫn điện của aptomat phải chịu được dòng điện ngắn mạch lớnkhi có ngắn mạch lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng

- Aptomat phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn có thể đến vàichục Kiloampe Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, aptomat phải đảm bảo vẫn làmviệc tốt ở dòng định mức

- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện dòng của các thiết bị điện, hạn chế

sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, aptomat phải có thời gian cắt bé.Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bêntrong aptomat Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc aptomat cần phải có khảnăng điều chỉnh dòng điện tác động và thời gian tác động

Những thông số cơ bản của aptomat bao gồm: Dòng điện định mức Iđm, điện

áp định mức Uđm, dòng điện ngắt giới hạn và thời gian tác động

Thời gian tác động của aptomat là thông số quan trọng Thời gian này được

t = t0 + t1 + t2

Trong đó:

 t0 : thời gian từ thời điểm xảy ra ngắn mạch đến khi dòng điện đạt tới trị sốtác động I = Itđ Thời gian t0 phụ thuộc vào giá trị của dòng điện khởi động và tốc

độ tăng của dòng điện di/dt phụ thuộc vào thông số của mạch điện ngắt

 t1 : thời gian kể từ khi I = Itđ đến khi tiếp điểm của aptomat bắt đầu chuyểnđộng, thời gian này phụ thuộc vào các phần tử bảo vệ, cơ cấu ngắt, kết cấu của tiếpđiểm, trọng lượng phần động Nếu t1 ≥ 0,01 thì aptomat có thời gian tác động bìnhthường Đối với aptomat tác động nhanh, thời gian t1 = 0,002 đến 0,008s

 t2 : thời gian cháy của hồ quang, phụ thuộc vào giá trị của dòng điện ngắt

1.2.3.Theo công cụ bảo vệ.

 Aptomat cực đại theo dòng điện

 Aptomat cực tiểu theo điện áp

 Aptomat cực tiểu theo dòng điện

 Aptomat dòng điện ngược

1.3.Cấu tạo của aptomat (2)

1) Cần gạt

2) Cơ cấu ngắt mạch

3) Hệ thống tiếp điểm

4) Ngõ vào dây điện

5) Thanh lưỡng kim (rơle nhiệt)

6) Hiệu chỉnh vít (do nhà sản xuất

Tiếp điểm của atptomat thường làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quangnhư: bạc – vonfram,đồng –vonfram,bạc –niken…

Aptomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm

hồ quang) hoặc có ba cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính ,tiếp điểm phụ và tiếp điểm

hồ quang)

 Hai cấp tiếp điểm

Tiếp điểm hồ quang có vai trò bảo vệ tiếp điểm chính trong quá trình đóngngắt mạch điện Khi đóng mạch thì tiếp điểm hồ quang sẽ được đóng trước sau đóđến tiếp điểm chính và ngược lại đối với khi cắt mạch

 Ba cấp tiếp điểm

Trong quá trình làm việc nếu mạch điện xảy ra sự cố thì tiếp điểm chính sẽđược mở ra trước, sau đó đến tiếp điểm phụ,cuối cùng là tiếp điểm hồquang.Ngược lại nếu đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước ,tiếp theo là tiếpđiểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm chính Do vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm

hồ quang nên bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện Như vậy , tiếp điểm phụ cónhiệm vụ bảo vệ tiếp điểm chính không cho hồ quang cháy lan vào làm hư hỏng

Việc dập tắt hồ quang còn phụ thuộc vào tính chất của lưới điện.Ví dụ như:cùng một thiết bị dập hồ quang, khi làm việc ở mạch xoay chiều với điện áp 500Vthì có thể dập tắt được hồ quang của dòng điện đến 40kA, nhưng khi làm việc ởmạch điện một chiều với điện áp 440V thì có thể cắt được dòng điện đến 20kA

1.3.3 Cơ cấu truyền động cắt aptomat.

Cơ cấu truyền động cắt aptomat gồm: cơ cấu đóng cắt và khâu truyền độngtrung gian

 Truyền động đóng cắt aptomat có 2 cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ,động cơ điện)

 Điều khiển bằng tay (núm gạt): được thực hiện với các aptomat có dòngđịnh mức không lớn hơn 600A

 Điều khiển bằng cơ điện : được sử dụng trong các aptomat có dòng điệnlớn hơn (đến 1000A)

 Truyền động trung gian: cơ cấu tự do trượt khớp được sử dụng rộng rãi trongcác aptomat

Cơ cấu nhả khớp tự do: a) vị trí đóng; b) vị trí mở; c) vị trí chuẩn bị đóng lại

1.3.4 Móc bảo vệ.

Móc bảo vệ là một bộ phận quan trọng của aptomat, nhờ có nó mà khi mạchđiện có sự cố xảy ra thì nó sẽ tự động cắt dòng để bảo vệ thiết bị

 Móc bảo vệ quá dòng điện (quá tải)

Để bảo vệ thiết bị không bị quá tải và ngắn mạch thì dòng điện của móc bảo vệphải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ Do vậy người ta thườngdùng hệ thống điện tử và rơle nhiệt làm móc bảo vệ và được đặt bên trong aptomat

 Móc kiểu điện từ: cuộn dây được mắc nối tiếp với mạch chính,cuộn dây này

có tiết diện lớn chịu dòng tải và có ít vòng Khi dòng điện vượt quá trị số

cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm cho tiếpđiểm của aptomat mở ra.

 Móc kiểu rơle nhiệt : kiểu này có kết cấu giống như rơle nhiệt có phần tửphát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làmnhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của aptomat khi có quá tải.Tuy vậy, khi

có dòng quá tải tăng vọt một cách đột ngột thì kiểu này không thể ngắtnhanh được dòng điện

Vì vậy để aptomat thực hiện tốt được nhiệm vụ thì người ta thường tổng hợp cảmóc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt

1.4.Nguyên lý làm việc của aptomat.

1.4.1 Nguyên lý làm việc của aptomat dòng điện cực đại:

Sơ đồ nguyên lý aptomat dòng điện cực đại

Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, aptomat được giữ ở trạng tháiđóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động

Bật aptomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 vàphần ứng 4 không hút.

Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhảmóc 3, móc 2 được thả tự do, lò xo 1 kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, kếtquả các tiếp điểm của aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt

1.4.2.Nguyên lý làm việc của aptomat điện áp thấp:

1.4.3 Nguyên lý làm việc của aptomat dòng điện cực tiểu:

Sơ đồ nguyên lý aptomat dòng điện cực tiểu

Nguyên lý làm việc của aptomat dòng điên cực tiểu: nó tự động ngắt khidòng điện trong mạch nhỏ hơn dòng điện chỉnh định Icđ Khi I < Icđ lực điện từ củanam châm điện 1 không đủ sức giữ nắp 2 nên lực kéo của lò xo 3 sẽ kéo tiếp điểmđộng ra khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt Aptomat dòng điện cực tiểu dùng

để bảo vệ máy phát khỏi chuyển sang chế độ động cơ khi nhiều máy phát làm việcsong song Vì có nhiều nhược điểm nên ít sử dụng, đang dần thay thế bằng aptomatcông suất ngược

1.4.4 Nguyên lý làm việc của aptomat công suất ngược:

Sơ đồ nguyên lý aptomat công suất ngược

Nguyên lý làm việc của aptomat công suất ngược, nó tự động cắt mạch điệnkhi hướng truyền công suất thay đổi (khi dòng điện thay đổi chiều) Nếu nănglượng truyền thuận chiều, từ thông của cuộn dây dòng điện và cuộn dây điện ápcủa nam châm 1 cùng chiều với nhau, lực điện từ lớn hơn lực của lò xo 3, aptomatđóng Khi chiều dòng điện thay đổi (công suất truyền ngược), lực điện từ của namchâm điện tỷ lệ với bình phương hiệu hai từ thông do dòng điện và điện áp sinh ra,

do đó lực điện từ giảm đi rất nhiều, không thắng nổi lực kéo của lò xo 3, mấu giữathanh 4 và đòn 5 bật ra, lò xo ngắt 6 kéo tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh,mạch điện bị ngắt

CHƯƠNG 2: CÁCH LỰA CHỌN APTOMAT

2.Cách lựa chọn Aptomat (2)

2.1.Các thông số lựa chọn aptomat

 Dòng điện tính toán đi trong mạch điện

 Dòng điện quá tải

 Khả năng thao tác phải có tính chọn lọc

Ngoài ra lựa chọn aptomat còn phải căn cứ vào điều kiện làm việc của phụ tải

là aptomat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điềukiện làm việc bình thường như dòng điện khi mở máy động cơ điện, dòng điện cựcđại trong các phụ tải công nghệ

Yêu cầu chung là dòng điện định mức của các phần tử bảo vệ không được béhơn dòng điện tính toán Itt của mạch

Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải, người ta hướng dẫnlựa chọn dòng điện định mức của phần tử bảo vệ bằng 125%, 150% hoặc lớn hơn

so với dòng điện tính toán trong mạch

Sau cùng chọn aptomat theo các thông số kĩ thuật đã cho của nhà chế tạo

Dòng điện Ib: Dòng điện sử dụng của mạch điện, chính dòng điện này cho phép

ta xác định dòng điện định mức mà người ta gọi là “cỡ aptomat”

Dòng điện ngắn mạch Icc: đó là dòng ngắn mạch mà khí cụ điện có thể chấp nhậnđược để có thể cắt tiến hành bảo vệ ngay lập tức các thiết bị điện phía sau củaaptomat Chúng ta luôn luôn phải chọn aptomat có khả năng cắt cao hơn dòng Icc

đã tính toán ở phía sau aptomat

 Chọn loại hệ thống mở (hay dò tìm sự cố để thực hiện tác động mở)

Sự bố trí điện từ, nhiệt hay điện tử, thực hiện điều khiển của các cực cắt,được chọn theo chức năng:

Dòng Ib, dòng cực đại mà nó đi qua mạch điện khi làm việc bìnhthường.Dòng điện đột ngột xuất hiện khi đặt dưới điện áp (dòng điện mở máy) Tùy theo giá trị dòng điện này, người ta xác định loại đường cong sử dụng(B, C, D…) của hệ thống mở của aptomat (Chọn đường đặc tuyến của hệ thốngtrong catolo mà các nhà sản xuất và viện giám định khoa học kỹ thuật giám định)

Ngoài ra aptomat còn được lựa chọn tuỳ vào:

 Các đặc tính điện mà nó được đặt vào: môi trường sử dụng của thiết bị,nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong tủ hoặc không, các điều kiện khí hậukhả năng tạo và cắt dòng ngắn mạch

 Các yêu cầu khai thác tính chọn lọc, các yêu cầu như điều khiển từ xa,các công tắc phụ, các cuộn dây tác động phụ, có đưa thêm vào hệ thốngmạng tín hiệu nội bộ (thông tin, điều khiển, chỉ thị,…)

 Các quy tắc lắp đặt, đặc biệt là bảo vệ con người

 Các đặc tính tải như là động cơ, đèn chiếu sáng huỳnh quang, máy biếnáp

Những bước tiếp theo gắn liền với việc chọn một aptomat trong lưới phânphối

 Chọn dòng định mức phụ thuộc nhiệt độ môi trường

Dòng định mức của một aptomat được xác định theo sự vận hành của thiết

bị ứng với nhiệt độ môi trường cho trước, thường là 300 cho các aptomat dândụng, 400 cho aptomat công nghiệp

Sự vận hành các aptomat trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau phụ thuộcvào công nghệ chế tạo bộ tác động

 Các bộ tác động kiểu điện từ nhiệt không bù

Các aptomat với bộ tác động theo nguyên tắc nhiệt không bù có dòng tácđộng phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu như thiết bị được đặt trong tủ, hoặc trong môitrường nhiệt độ cao thì dòng tác động khi quá tải có thể bị giảm xuống Có thểchuyển hạng nếu aptomat làm việc với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuẩn Vì vậy,các nhà thiết kế phải cung cấp bảng chuyển hạng cho thiết bị được thiết kế, mặtkhác các thiệt bị dạng môđun thường được lắp cạnh nhau trong tủ kim loại có kíchthước nhỏ Tác dụng nhiệt qua lại khi có dòng, sẽ làm chúng xuống hạng theo hệ

số 0,8

Các bộ phận này được trang bị một thanh lưỡng kim bù nhiệt cho phép chọndòng hiệu chỉnh Ir của bộ phận tác động theo sự thay đổi nhiệt độ trong phạm viđịnh sẵn aptomat (≤ 630A) thường được trang bị bộ phận tác động từ nhiệt có bù từ-50 đến +400

Ghi chú liên quan đến việc giảm định mức của aptomat:

Một aptomat có định mức dòng theo nhiệt độ môi trường chuẩn (300C) sẽ bị quánhiệt khi mang nhiệt cùng dòng ở 500C

Vì aptomat hạ áp có thiết bị bảo vệ quá dòng (nếu không được bù) sẽ tácđộng ở mức thấp hơn khi nhiệt độ cao hơn, aptomat tự động bị giảm định mức do

bộ tác động quá tải khi bộ tác động nhiệt được bù có thể chỉnh ở (0.7÷1) In trongmôi trường -50C đến 400C

Với các aptomat được bù này trong catalogue thường có giá trị xướng hạngcủa In ở nhiệt độ trên mức được bù, ví dụ như 500C và 600C, như 95A ở 500Cvà90A ở 600C cho aptomat 100A

 Bộ tác động kiểu điện tử

Có ưu điểm lớn về ổn định khi vận hành trong điều kiện nhiệt độ thay đổi.Mặc dù vậy, các thiết bị đóng cắt vẫn chịu ảnh hưởng nhiệt độ nên nhà chế tạothường cung cấp dưới dạng biểu đồ các giá trị lớn nhất của ngưỡng dòng tác động

cho phép theo nhiệt độ

 Chọn ngưỡng cắt tức thời hoặc có trễ ngắn