giáo trình cung cấp điện

CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 1 KHÍ CU BẢO VẼ « * Khí cụ bảo vệ gồm cầu chì, CB, khí cụ bảo vệ dòng dư (RCB) và khí cụ bảo vệ quá áp SPD. Không có khí cụ bảo vệ, hệ thống điện sẽ hư hỏng (chạm, chập mạch, cháy nổ) khi gặp phải các sự cấ quá tải, ngắn mạch, chạm đất, quá áp do xung sét. Biết cấu tạo, công dụng và lựa chọn áp dụng các khí cụ bảo vệ điện là kỹ năng căn bản của một kỹ sư ngành điện và các nghành liên quan nhiều đến điện như điện tử, tự động hóa, viễn thông và công nghệ thông tin. A. Bộ NGẮT MẠCH (CB): Bộ ngắt mạch, (Circuit breaker) thường được gọi tắt là CB, ngày nay CB là khí cụ bảo vệ thông dụng nhất trong hệ thống điện. CB có nhiều loại, thông thường được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 60898 cho mạch cung cấp điện gia dụng, hoặc cao hơn là tiêu chuẩn IEC 60947-2 cho hệ thống điện thương mại và công nghiệp. 1. Cấu tao của CB: Hệ thống tiếp điểm.❖ 1 1 4 ^— Cơ cấu bảo vệ trong một CB có thể gồm một hoặc cả hai loại sau: • Rơ-le nhiệt: theo nguyên lý bộ lưỡng kim nhiệt, tác động chậm, dùng để bảo vệ quá tải. Lưỡng kim nhiệt gồm hai dãy kim loại khác nhau được ghép hàn với nhau. Vì hai loại kim loại khác nhau có hệ số dãn nở khác nhau, nên khi nhiệt độ tăng, lưỡng kim nhiệt sẽ bị uống cong. Do đó khi dòng tăng, cần một thời gian đủ cho lưỡng kim nhiệt bị cong, khi đó rơle nhiệt bật chốt, và tác động. • Rơ le điện từ: theo nguyên lý rơle dòng điện, tác động nhanh, dùng để bảo vệ ngắn mạch. Rơle dòng trong CB là một nam châm điện ghép nối tiếp với mạch điện bên ngoài. Bình thường, dòng điện không đù để nam châm điện hút thanh tác động, nên rơle dòng không tác động. Khi dòng điện tăng đủ để nam châm điện của rơle dòng tác động, mạch bị ngắt, và dòng điện ngoài cũng ngắt. 2. Phân loai: Một CĐ gồm những bộ phận chính; # CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 2 CB có các loại sau: a) CB cỡ nhỏ ( Miniature Circuit Breaker): có kích thuớc nhỏ lắp đặt trên ray, với các dãy định mức sau: b) 6 10 13 16 20 25 32 40 50 63 c) CB vỏ đức ( MCCB): có kích thước lớn có các dãy định mức (A) 15 20 25 30 40 50 60 75 80 100 125 150 160 175 200 225 250 300 400 500 630 800 1000 1250 1600 Ngoài ra các hãng còn chế tạo Motor CB dùng để bảo vệ quá tải động cơ điện, có dòng chỉnh định được. CB nhiệt rẻ tiền phi chuẩn, chỉ có cơ cấu nhiệt, định mức dưới 3 0A, thường được dùng thay cầu chì trong các mạch điện dân dụng và mạch điện tạm, để thay cho công tắc 2 cực, không nên sử dụng cho những hệ thống quan họng, mà không có bảo vệ trên thượng nguồn. 3. Tiêu chuẩn của CB Trên thị trường thế giới, các CB đạt chuẩn hiện nay được chế tạo với hai tiêu chuẩn thống nhất là IEC 60898 và IEC 60947-2. CB theo tiêu chuẩn IEC 60898: gồm có 3 loại • CB type B được dùng cho những ứng dụng gia dụng và những lắp đặt thương mại không có dòng xung chuyển mạch. • CB type c dùng cho những ứng dụng thương mại, công nghiệp có nhiều đèn quỳnh quang, động cơ nhỏ, tải điện cảm có dòng xung chuyển mạch. • CB type D dùng cho những ứng dụng có dòng khởi động cao: đèn phóng điện, máy biến áp, máy X quang, máy hàn công nghiệp CB theo tiêu chuẩn IEC 60947-2: được chia làm hai loại: • Category A: là CB không được chế tạo với các chủ định phối họp ngắt chọn lọc với những khí cụ hạ nguồn. • Category B: là CB được chế tạo với chủ ý có thể dùng phối họp ngắt chọn lọc với các khí cụ khác ở hạ nguồn (phía tải). Những CB này có bao gồm đặc tính thời gian trễ (ngắt trì hoãn) CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 3 4. Thông số kỹ thuât của CB: CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 4 Mỗi hãng sản xuất CB thì khi nhìn vào mã sản phẩm sẽ biểu thị những thông tin cần biết về thiết bị. Trong luận văn tốt nghiệp này, tôi có khai thác tính năng của phần mềm DOC và sản phầm được sử dụng trong phần mềm là của AĐĐ. Gỉới thiệu về thông số kỹ thuật CB của ABB: Moưlded-case Gircuil-bneaker: Tmai 1 &; 1 í 1 PaíeP uHxaíE síiorl <drait braamgcapacttyal 41 & Vac B "• 1 & KA c - 25 HA N 3GfcA 3-50 CA K • 70 kA L - Bi KA^cr 72) oirerẺ 16QA 250 A 331 ử *0a A & 30 A 90Ũ A 1000 A 1250A 1600 A Ratsd unlríErruplEc cuirơit lu p- apơstcrcii wntege u-e r Ralecl irsựapsri KKageur I.e. PHỊ maiimi.m f.m 5. V3LB áí VDttage whlch the ■dncưl tíea&HTis ạpsble of oấtstarctigat tíie aippiy ir&qiiiry ndũr saecned íest aandUorvs. Rateữ ưtlmate 5lwn Cfri.r. Meatư-g capaaty Ểlcui and ratắl sẻn.'có sfmn- drcdl GfEaMng capacíí (lcs> aí dỉĩiGrsrA TCfcage va Les. ce mamhn aimed «1 AEB craíi"brẸaWErs 10 mdcals CĐtTipearce vvltti líne 'CiluiVriig c L PTKV.U'- ■Lũitì^Aílaqe -Oírectlve’ |1VẼ; Ẽio. 73/23 EEC ■ElKinsT-agnỉHic Ccmpalitsiy Dlecthe’ iivq.no asrai&EẼc. Rateri impiiisrr ^nnsisiẻ vaiagg' ULmp Le. ttie peak. vsluá ơ 1 ÌTPLÍHỈ vBítane wricỉi Sie tiram-braater can vrtirislHKl undtt SpeailM Dỡ 51 canamHis. Accarcang ta ỉlíe ircaTEEsPai ãtanc&a Tc 605477. íltédiặlt iTEH tos c en PedMded inca CateạayA. I*. VYthouta gpếcileri snort llire w.tthsteTH3 CLnsH ranng, cr CaleũPỊY & e. AlIIi đ aẹdKổ 5fWft :n- Ễ! ■iVir^tsic onert raittg Gampiance iMtn Itie irtstẺauanai 5‘jrxiard ÍEC 609*7-2 ■LON Vtìtaga svkdCigear and corttolgaar crcưt Dĩe-Hrjyv £ ạ r : * ■ - ế CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 5 VíduCBABB: Tmax T2L 160: Size T2, N với điện áp 380/415V thì Icu = 36kA. In = 160A a) Điên áp vân hảnh đinh mức Ue (V): Là cấp điện áp mà ở đó CĐ có thể vận hành bình thường. CĐ thường có những cấp điện áp 400 đến 690V tùy theo loại. b) Dòng điên đính mức In (AI: Là dòng tải tối đa mà một CB cổ thể tải trong một thời gian dài vô hạn, tại một nhiệt độ môi trường quy định bởỉ nhà sản xuất và không quá giới hạn nhiệt độ của các thành phần mang điện. CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 6 Ví du: Một CB với dòng định mức là In = 125A ở nhiệt độ môi trường 40°c, được lắp rơle quá dòng đã được chỉnh định (đặt ở 125A). Cùng một CB này, có thể dùng được ở nhiệt độ môi trường cao hon, tuy nhiên phải giảm định mức một cách thích họp. Như vậy ở môi trường 50°c, CB này có định mức là 117A, ở 60°c nó có định mức là 109A. (xem ở bảng nhiệt độ môi trường ảnh hướng đến dòng định mức của CB) Người ta giảm định mức bằng cách chỉnh Ir cho rơle bảo vệ quá tải và phải ghi nhãn cho CB c) Kích thưức khung (frame-sizeh Một kích thước khung của CB trong sản xuất có thể lắp với các bộ rơ-le quá dòng khác nhau, cho vài cỡ định mức In khác nhau trong dãy sản phẩm. Do đó người ta có thể tiết kiệm chi phí sản xuất và hạ giá thành sản phẩm. Ví dụ: dùng một &ame-size NS630N của hãng Schneider có thể dùng cho các MCCB có dòng định mức In từ 150 đến 630A. Tất cả các MCB cùng số cực đều có kích thước khung như nhau. d) Ngưỡng dòng tác đông của rữ-le quá tải: Ngưỡng dòng tác động quá tải Ir là dòng tối đa mà CB có thể hoạt động mà không ngắt. Đó chính là dòng chỉnh định của rơ-le nhiệt trong CB. Với CB thiết kế theo tiêu chuẩn IEC 60898 Ir là dòng cố định và Ir=In. Với CB thiết kế theo tiêu chuẩn IEC 60947-2 Ir có thể chỉnh định được: • Có thể chỉnh Lr tù 0.7^ í In với rơ-le nhiệt của CB thông thường • Có thể chỉnh định Ir từ 0 . 4 1 In với CB có rơ-le điện từ. Ví du: Cho một MCCB với In = 400A, có khả năng chỉnh dòng. Ta có thể chỉnh được Ir ở 0.9 (90%) để có Ir = 0.9 1 400 = 360A. Một MCB 20A, không có chỉnh dòng, thì luôn luôn Ir = In = 20A. e) Ngưỡng dòng tác đông của rơ-le ngắn mach Im (13): 1Trong CB dân dung IEC 60898: o Type B: Im = 3 5 In o TypeC:Im=5-^ 10 In o Type D: Im = 10 20 In Trong CB công nghiệp IEC 60947-2: CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 7 Ngưỡng dòng tác động ngắn mạch Im là dòng tác động ngắt dòng ngắn mạch, làm ngắt CB rất nhanh khỏi dòng sự cố ngắn mạch. Đó chính là dòng chỉnh định của rơ-le điện từ trong CB. o Cat A: ■ Cố định 7^ 10 In ■ Điều chỉnh được, ngưỡng thấp: 2 đến 5 lần In ■ Điều chỉnh được, ngưỡng cao: 5 đến 10 lần In Trong khoảng ngưỡng tác động, mức thấp được gọi là dòng duy trì (hold current), mức cao được gọi là dòng tác động (trip current). Ví dụ với CB theo tiêu chuẩn IEC 60898 type c, dòng duy trì là 5 In, dòng tác động là 10 In. o Cat B: gọi là Icw không còn gọi là Im điều chỉnh được và có thời gian trì hoãn. Với nhiều loại CB, người ta có thể lựa chọn rộng rãi để áp dụng cho phù họp với nhu cầu cá biệt của phụ tải. Xem trong bảng sau đây là thang dòng tác động bảo vệ quá tải và ngắn mạch của CB hạ thế thông dụng. Loại rơ-Ie bao Bảo vệ quá tải Bảo vệ ngắn mạch CB dân dụng, chuẩn ẼC 60898 Từ nhiệt Ir = In Ngưỡng thấp loại B Ngưỡng chuẩn loại c 5 I n < Im < 10I n Ngưỡng cao loại D 10 I n < Im < CB công nghiệp IEC 60947-2 Từ nhiệt Ir = In cố định CỐ định: Im = 7 đến 10 In Điều chỉnh được 0.7 In < Ir < In Điều chỉnh được: Điện từ Trì hoãn dài (LTD) 0.4 In < Ir < In Trì hoãn ngắn (STD), điều chỉnh được: 1.5Ir < Im< 10 Ir Tức thời, cố định: CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 8 f) Khả năng cắt dòng ngắn mach đính mức hay khả năng cắt dòng ngắn mach cưc đai Icn vả Icu. ❖ Icn: khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức của CB dân dụng IEC 60898. Do nhà sản xuất CB công bố, khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức là khả năng cắt dòng ngắn mạch được xác định ở hệ số công suất của mạch thử nghiệm. Icn có trị số trong dãy: 1.5 3 6 10 15 25 kA. ❖ Icu: khả năng cắt dòng ngắn mạch cực đại của CB công nghiệp IEC 60947-2: CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 9 Khả năng cắt dòng ngắn mạch cực đại là trị số dòng sự cố kỳ vọng theo tính toán. Dòng điện đi qua CB không nên vượt qua trị số này. Icu có trị số trong dãy: 16 25 35 50 kA. Trong chế tạo, để xác định Icu với thử nghiệm, người ta test CB với chuỗi thử nghiệm sau: Icu = o - T - Co Với: O: tác động mở mạch dưới điều kiện sự cố. t: khoảng thời gian trước khi đóng lại (không hơn 3 phút) C: vận hành đóng mạch khi mạch đang còn sự cố. Sau chuỗi thử nghiệm này, người ta thử nghiệm điện môi và quá dòng của CB. g) Khả năng cắt dòng ngắn mach lảm viêc Ics (kA); Khả năng dòng cắt ngắn mạch làm việc Ics là mức dòng cắt tác động lớn nhất, sau đó CB có thể tiếp tục làm việc mà không mất các đặt tính vận hành. Trong chế tạo, để xác định Ics với thử nghiệm, người ta test CB với chuỗi thử nghiệm sau: Ics = o-t-co-t-co Với: O: tác động mở mạch dưới điều kiện sự cố. T: khoảng thời gian trước khi đóng lại (không hơn 3 phút) C: vận hàng đóng mạch khi mạch đang còn sự cố. Sau chuỗi thử nghiệm này, người ta thử nghiệm điện môi, nhiêu độ đầu cực, khả năng quá dòng. CB phải đạt một số những thông số thử nghiệm, để chắc rằng nó chưa bị phá hỏng, và có thể đưa vào tiếp tục làm việc. CIRCUIT BREAKER SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A 10 Khả năng cắt dòng ngắn mạch làm việc Ics được áp dụng cho những sự cố ngắn mạch có thể xảy ra trong thực tế. Khả năng dòng cắt ngắn mạch cực đại Icu là trị số dòng sự cố tối đa trên lý thuyết. Với CB dân dụng IEC60898: Tỷ số Ics/ Icn tùy thuộc vào Icn: Khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức Tỷ số Ics / Icn [...]... 63A) - Khi dòng điện qua CB lớn hơn hay bằng dòng điện tác động quy ước It = 1.3 Ir, thì CB sẽ tác động trong thời gian nhỏ hơn thời gian quy ước ( 2 giờ đối với CB có In > 63; 1 giờ đối với CB có In < 63A) • CB theo tiêu chuẩn IEC 60898 - Khi dòng điện qua CB lớn hơn hay bằng dòng điện tác động quy ước Int = 1.13 Ir, thì CB sẽ không tác động trong thời gian quy ước (1 giờ) - Khi dòng điện qua CB lớn... lớn hơn hay bằng dòng điện tác động quy ước It = 1.45 Ir, thì CB sẽ tác động trong thời gian nhỏ hơn thời gian quy ước (1 giờ ) • Khi dòng điện qua CB lớn hơn dòng tác động quy ước It, và nhỏ hon dòng ngưỡng tác động của role bảo vệ ngắn mạch Im (3In đối với CB IEC 60898, type B, 7 In đối với CB IEC 60947-2), CB sẽ tác động với thời gian tác động phụ thuộc vào đặc tuyến dòng điện Thời gian này được... khi dòng điện qua CB là 13 = 2.55 In, thì CB theo chuẩn IEC 60898 sẽ tác động ngắt trong thời gian LTD từ 1 đến 60 giây đối với CB có In < 32 A, và từ 1 đến 120 Hũld current Tripcurrent Tác động bảo vệ quá tải có sai số dòng điện là 10% Im 3ln 5ln 60898 TypeB giây đối với CB có In > 32A b) Tác đông ngắt bảo vê ngắn mach: SV: Nguyễn Thành Công DHDI2A >=0.1s . trong hệ thống điện. CB có nhiều loại, thông thường được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 60898 cho mạch cung cấp điện gia dụng, hoặc cao hơn là tiêu chuẩn IEC 60947-2 cho hệ thống điện thương mại. Rơ le điện từ: theo nguyên lý rơle dòng điện, tác động nhanh, dùng để bảo vệ ngắn mạch. Rơle dòng trong CB là một nam châm điện ghép nối tiếp với mạch điện bên ngoài. Bình thường, dòng điện không. 160: Size T2, N với điện áp 380/415V thì Icu = 36kA. In = 160A a) Điên áp vân hảnh đinh mức Ue (V): Là cấp điện áp mà ở đó CĐ có thể vận hành bình thường. CĐ thường có những cấp điện áp 400 đến 690V