tên của đề tài: khí cụ điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM  Tên của đề tài: KHÍ CỤ ĐIỆN Luận văn Tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ CÔNG NGHỆ GVHD: ThS. Lê Văn Nhạn SVTH: Lý Ngọc Hà Lớp: Sư phạm Vật lý - Công nghệ Mã số SV: 1107605 Cần Thơ, 2014 Sau thời gian dài nghiên cứu thì đề tài: “Khí cụ điện” đã hoàn thành. Để nghiên cứu thành công đề tài này, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của: - Khoa Sư Phạm, Bộ môn Vật Lý đã tạo điều kiện cho tôi nghiên cứu khoa học. - Thầy Lê Văn Nhạn đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. - Các thầy cô và các anh chị làm việc trong Trung Tâm Học Liệu trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu đề tài này. - Cám ơn cha me tôi đã ủng hộ về vật chất lẫn tinh thần cho tôi. - Chị lớp Sư Phạm Vật lý – công nghệ K33 đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm kiếm tài liệu. Cuối cùng tôi xin gửi lời tri ân chân thành nhất đến quý thầy cô Bộ môn Sư phạm Vật Lý, Khoa Sư phạm, trường Đại học Cần Thơ. Kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe và hạnh phúc! Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày ..... tháng ..... năm 2014 Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ………………………………………………………………………………………... Cần Thơ, ngày ..... tháng ..... năm 2014 Giáo viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... …………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………... Cần Thơ, ngày ..... tháng ..... năm 2014 Giáo viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) MỤC LỤC  PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.............................................................................................. 1 2. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................... 2 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ...................... 3 3.1. Phương pháp thực hiện đề tài...................................................................... 3 3.2. Phương tiện thực hiện đề tài ........................................................................ 3 4. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .......................................................................... 3 5. CÁC THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG TRONG ĐỀ TÀI ........................................... 4 PHẦN NỘI DUNG ......................................................................................................... 5 PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN ........................................... 5 CHƯƠNG 1: PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN ......................................................... 5 1. KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN ............................................................................... 5 2. PHẠM VI ỨNG DỤNG ............................................................................................. 5 3. PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN 5 3.1. Phân loại khí cụ điện .................................................................................... 5 3.1.1.Phân loại theo công dụng ............................................................................ 5 3.1.2. Phân loại theo tính chất dòng điện ............................................................. 6 3.1.3. Phân loại theo nguyên lý làm việc .............................................................. 6 3.1.4. Phân loại theo điều kiện làm việc ............................................................... 6 3.1.5. Phân loại theo cấp điện áp ......................................................................... 6 3.2 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện.............................................................. 6 4. PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN .................................................................... 7 4.1 Khái niệm chung ............................................................................................ 7 4.2 Các dạng tổn hao ........................................................................................... 8 4.2.1 Tổn hao trong các chi tiết dây dẫn .............................................................. 8 4.2.2 Tổn hao trong các phần tử sắt và điện môi ................................................. 8 4.3 Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện ........................................... 8 4.4. Các chế độ phát nóng của khí cụ điện ......................................................... 9 4.4.1. Khái niệm ................................................................................................... 9 4.4.2. Các chế độ làm việc của khí cụ điện ......................................................... 10 4.4.2.1. Chế độ làm việc lâu dài .......................................................................... 10 4.4.2.2. Chế độ làm việc ngắn hạn ..................................................................... 11 4.4.2.3. Chế độ ngắn hạn lặp lại......................................................................... 11 4.5. Các trạng thái làm việc của khí cụ điện .................................................... 12 4.5.1. Trạng thái làm việc bình thường .............................................................. 12 4.5.2. Trạng thái làm việc không bình thường ................................................... 12 CHƯƠNG 2: TIẾP XÚC ĐIỆN – HỒ QUANG ĐIỆN ..... -NAM CHÂM ĐIỆN – LỰC ĐIỆN ĐỘNG ............................................................................................... 14 1. TIẾP XÚC ĐIỆN...................................................................................................... 14 1.1. Khái niệm ................................................................................................... 14 1.2. Các yêu cầu về tiếp xúc điện ...................................................................... 14 1.3. Phân loại tiếp xúc điện ............................................................................... 14  1.4. Điện trở tiếp xúc ........................................................................................ 16 1.5 Các trạng thái làm việc của tiếp điểm ........................................................ 17 1.6. MỘT SỐ KẾT CẤU TIẾP ĐIỂM THƯỜNG DÙNG............................... 18 1.6.1 Tiếp điểm kiểu cầu ..................................................................................... 18 1.6.2 Tiếp điểm kiểu ngón .................................................................................. 18 1.6.3 Tiếp điểm kiểu dao ..................................................................................... 19 1.6.4 Tiếp điểm kiểu nêm .................................................................................... 19 1.6.5 Tiếp điểm kiểu đối...................................................................................... 20 1.7 NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC ........................ 20 1.7.1 Nguyên nhân ............................................................................................. 20 1.7.1.1 Ăn mòn kim loại ..................................................................................... 20 1.7.1.2 Oxy hóa ................................................................................................... 20 1.7.1.3 Điện thế hóa kim loại.............................................................................. 21 1.7.1.4 Hư hỏng do điện ..................................................................................... 21 1.8 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ............................................................... 21 2. HỒ QUANG ĐIỆN................................................................................................... 22 2.1. Khái niệm và tính chất của phóng điện hồ quang .................................... 22 2.1.2. Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang ............................................. 23 2.1.3. Quá trình phát sinh và dập hồ quang điện .............................................. 24 2.1.3.1. Quá trình phát sinh hồ quang ............................................................... 24 3. LỰC ĐIỆN ĐỘNG ................................................................................................... 25 3.1. Khái niệm ................................................................................................... 25 3.2. Phương pháp tính lực điện động ............................................................... 26 4. NAM CHÂM ĐIỆN ................................................................................................. 35 4.1 Khái quát và công dụng .............................................................................. 35 4.2 Phân loại và cấu tạo .................................................................................... 35 4.2.1 Phân loại.................................................................................................... 35 4.2.2 Cấu tạo....................................................................................................... 35 4.2.2.1 Nam châm điện xoay chiều..................................................................... 35 4.2.2.2. Nam châm điện một chiều ..................................................................... 36 4.3 Một số ứng dụng của nam châm điện......................................................... 36 4.3.1 Khớp ly hợp điện từ ................................................................................... 36 4.3.2 Bàn nam châm điện ................................................................................... 36 4.3.3.1.Van điện từ ............................................................................................. 37 4.3.3.2. Phanh hãm điện từ ................................................................................ 37 4.3.4.Nam châm điện phân ly ............................................................................. 37 PHẦN II: CÁC LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN..................................................................... 39 CHƯƠNG 3: CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG ........................ 39 1. CẦU DAO................................................................................................................. 39 1.1. Khái quát và công dụng ............................................................................. 39 1.2. Kí hiệu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại .................................. 40 1.2.1. Kí hiệu ...................................................................................................... 40 1.2.2. Cấu tạo ...................................................................................................... 40 1.2.3. Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 41 1.2.4. Phân loại và lựa chọn cầu dao ................................................................. 41 1.2.4.1. Phân loại................................................................................................ 41 1.2.4.2. Lựa chọn cầu dao .................................................................................. 41  2. ÁPTÔMAT (CB: Circuit Breaker, AB: Air Breaker) .......................................... 42 2.1. Khái niệm và yêu cầu ................................................................................. 42 2.1.1. Khái niệm ................................................................................................. 42 2.1.2. Yêu cầu ..................................................................................................... 42 2.2. Kí hiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động .................................................. 43 2.2.1. Kí hiệu ...................................................................................................... 43 2.2.2. Cấu tạo ...................................................................................................... 43 2.2.1.1. Tiếp điểm ............................................................................................... 43 2.2.1.2. Bộ dập hồ quang .................................................................................... 44 2.2.1.3. Cơ cấu truyền động cắt .......................................................................... 44 2.2.1.4. Móc bảo vệ ............................................................................................. 44 2.2.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 44 2.3. Phân loại, các thông số định mức và cách lựa chọn CB ........................... 45 2.3.1. Phân loại................................................................................................... 45 2.3.2. Các thông số định mức ............................................................................. 45 2.3.3. Cách lựa chọn........................................................................................... 46 3. CẦU CHÌ .................................................................................................................. 47 3.1. Khái niệm và công dụng ............................................................................ 47 3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ................................................................ 47 3.2.1. Cấu tạo ...................................................................................................... 47 3.2.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 48 3.3. Kí hiệu và phân loại ................................................................................... 49 3.3.1. Kí hiệu ...................................................................................................... 49 3.3.2. Phân loại................................................................................................... 49 4. THIẾT BỊ CHỐNG DÒNG ĐIỆN RÒ .................................................................... 49 4.1 Khái niệm .................................................................................................... 49 4.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: ............................................................. 49 4.2.1. Áptômat so lệch: loại DDR (Disjoncteur courant Differentiel Residuel) ... 50 4.2.2. Cầu dao so lệch......................................................................................... 50 4.2.3. Thiết bị chống dòng điện rò RCCB: (Residual Current Circuit Breaker) . 51 4.2.4. Công tắc bảo vệ FI.................................................................................... 52 Chương 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY...................................... 54 1. CÔNG TẮC .............................................................................................................. 54 1.1. Khái niệm và công dụng ............................................................................ 54 1.2. Phân loại và cấu tạo ................................................................................... 54 1.2.1. Cấu tạo ...................................................................................................... 54 1.2.2. Phân loại................................................................................................... 54 1.3. Các yêu cầu thử của công tắc..................................................................... 54 2. NÚT NHẤN .............................................................................................................. 55 2.1. Khái quát, công dụng, kí hiệu .................................................................... 55 2.2. Phân loại và cấu tạo ................................................................................... 55 2.2.1. Cấu tạo ...................................................................................................... 55 2.2.2. Phân loại................................................................................................... 56 3. BỘ KHỐNG CHẾ .................................................................................................... 56 3.1 Khái quát và công dụng .............................................................................. 56 3.2. Phân loại và cấu tạo ................................................................................... 57 3.2.1 Phân loại.................................................................................................... 57 3.2.2 Cấu tạo....................................................................................................... 57  3.2.2.1 Bộ khống chế hình trống. ....................................................................... 57 3.2.2.2 Bộ khống chế hình cam. ......................................................................... 58 4. ĐIỆN TRỞ VÀ BIẾN TRỞ. .................................................................................... 58 4.1 Khái quát và công dụng. ............................................................................ 58 4.1.1 Điện trở. ..................................................................................................... 58 4.1.1.1.Phân loại theo chức năng. ...................................................................... 59 4.1.1.2.Phân loại theo nguyên liệu làm biến trở................................................. 60 4.1.1.3 Kí hiệu điện trở. ...................................................................................... 60 4.1.2.Biến trở. ..................................................................................................... 60 4.1.2.1..Phân loại theo cách gọi. ........................................................................ 60 4.1.2.2.Phân loại theo cách làm nguội. .............................................................. 60 4.1.2.3.Ký hiệu biến trở. ..................................................................................... 60 Chương V: KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN MẠCH ĐIỆN ............................................. 62 1. CONTACTOR ......................................................................................................... 62 1.1 Khái niệm .................................................................................................... 62 1.2. Kí hiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. .................................................. 63 1.2.1. Kí hiệu ...................................................................................................... 63 1.2.2.1. Nam châm điện ...................................................................................... 64 1.2.2.2. Hệ thống dập hồ quang điện.................................................................. 65 1.2.2.3. Hệ thống tiếp điểm của contactor .......................................................... 65 1.2.3. Nguyên lý hoạt động của Contactor ......................................................... 65 1.3. Các thông số cơ bản của contactor ............................................................ 66 1.3.2. Điện áp định mức của cuộn dây ............................................................... 67 1.3.3. Dòng điện định mức ................................................................................. 67 1.3.4. Khả năng cắt và khả năng đóng ............................................................... 67 1.3.5. Tuổi thọ của contactor .............................................................................. 67 1.3.6. Tần số thao tác.......................................................................................... 67 1.3.7. Tính ổn định lực điện động ...................................................................... 67 1.3.8. Tính ổn định nhiệt .................................................................................... 67 1.4. Cách lựa chọn ............................................................................................. 67 2. RƠLE ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ ......................................................................... 68 2.1. Khái quát và phân loại ............................................................................... 68 2.2 Đặc tính và tham số Rơle ............................................................................ 69 2.2.1 Đặc tính ..................................................................................................... 69 2.2.2 Tham số của Rơle ...................................................................................... 70 2.3. Một số loại rơle thông dụng ....................................................................... 71 2.3.1. Rơle điện từ............................................................................................... 71 2.3.1.1. Cấu tạo của rơle điện từ ........................................................................ 71 2.3.2. Rơle trung gian ......................................................................................... 72 2.3.2.1. Cấu tạo của rơle trung gian ................................................................... 72 2.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian .............................................. 72 2.3.3. Rơle tín hiệu ............................................................................................. 73 2.3.3.1. Cấu tạo rơle tín hiệu .............................................................................. 73 2.3.3.2. Nguyên lý làm việc ................................................................................. 73 2.3.4. Rơle dòng điện cực đại. ............................................................................ 73 2.3.4.1. Khái niệm chung về rơle dòng điện cực đại. ......................................... 73 2.3.4.2. Nguyên lý làm việc của rơle dòng điện cực đại ..................................... 73 2.3.5. Rơle nhiệt.................................................................................................. 74  2.3.5.1. Khái niệm chung về rơle nhiệt............................................................... 74 2.3.5.2. Cấu tạo của rơle nhiệt ........................................................................... 75 2.3.5.3. Nguyên lý làm việc ................................................................................. 75 2.3.6 Rơle thời gian. ........................................................................................... 76 2.3.6.1. Khái niệm chung và phân loại rơle thời gian. ..................................... 76 2.3.6.2 Rơle thời gian ON DELAY.................................................................... 76 2.3.6.3 Rơle thời gian OFF DELAY.................................................................. 77 3. KHỞI ĐỘNG TỪ .................................................................................................... 79 3.1. Khái quát và công dụng ............................................................................. 79 3.2. Các yêu cầu kỹ thuật .................................................................................. 79 3.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc ................................................................... 80 3.3.1. Kết cấu ...................................................................................................... 80 3.3.2. Nguyên lý làm việc của khởi động từ ....................................................... 80 3.3.2.1. Khởi động từ và hai nút nhấn................................................................ 80 3.3.2.2. Khởi động từ đảo chiều và ba nút nhấn ................................................ 81 3.3.3. Lựa chọn và lắp ráp khởi động từ ............................................................ 82 4. KHUẾCH ĐẠI TỪ................................................................................................... 83 4.1 Khái quát và công dụng. ............................................................................. 83 4.2.Nguyên lý làm việc của KĐT đơn giản ....................................................... 83 4.2.1 Cấu tạo....................................................................................................... 83 4.2.2 Nguyên lý làm việc ..................................................................................... 84 4.3.Khuếch đại từ dùng trong máy công cụ ..................................................... 84 5.THIẾT BỊ CẤP NGUỒN DỰ PHÒNG .................................................................... 85 5.1 Khái niệm .................................................................................................... 85 5.2 Thiết bị cấp nguồn liên tục UPS ( bộ lưu điện) .......................................... 85 PHẦN III : GIỚI THIỆU ĐẶC TÍNH, KẾT CẤU ................................................. 88 KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP .......................................................................................... 88 Chương 6 :KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP.................................................................... 88 1. MÁY CẮT ĐIỆN CAO ÁP ...................................................................................... 88 1.1. Khái niệm chung ........................................................................................ 88 1.2. Phân loại máy cắt ....................................................................................... 88 1.2.1. Máy cắt nhiều dầu .................................................................................... 88 1.2.2. Máy cắt ít dầu ........................................................................................... 90 1.2.3. MÁY CẮT KHÔNG KHÍ NÉN. ................................................................ 91 1.2.3.1. Khái niệm chung. .................................................................................. 91 1.2.4 . MÁY CẮT TỰ SINH KHÍ ..................................................................... 92 1.2.4.1.Khái niệm chung .................................................................................... 92 1.2.4.2.Cấu tạo.................................................................................................... 92 1.3. Các thông số của máy cắt........................................................................... 92 1.4. Các yêu cầu của máy cắt ........................................................................... 93 2. DAO CÁCH LY (DS: Disconnecting Switch) ......................................................... 93 2.1. Khái niệm chung ....................................................................................... 93 2.2. Cấu tạo ........................................................................................................ 94 2.3. Phân loại dao cách ly .................................................................................. 94 2.4. Chọn dao cách ly ........................................................................................ 94 2.5. Các yêu cầu của dao cách ly ...................................................................... 95 3. CẦU CHÌ CAO ÁP ( DAO NGẮN MẠCH)............................................................ 95  4.THIẾT BỊ CHỐNG SÉT .......................................................................................... 96 4.1 Khái niệm ..................................................................................................... 96 4.2 Nguyên lý hoạt động .................................................................................... 97 4.3 Các yêu cầu chính đối với thiết bị chống sét: ............................................. 97 4.4. Các loại chống sét:...................................................................................... 97 4.4.1 Chống sét ống ............................................................................................ 97 4.4.2. Chống sét van có khe hở phóng điện. ....................................................... 98 4.4.3. Chống sét van không khe hở .................................................................... 99 PHẦN IV: ỨNG DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN DÙNG TRONG .................................... 101 DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP ........................................................................ 101 CHƯƠNG 7: MỘT SỐ SƠ ĐỒ CĂN BẢN VỀ NGUYÊN LÝ ......................... 101 1. MẠCH ĐIỆN KHỞI ĐỘNG - DỪNG MỘT ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA................ 101 1.1. Nguyên lý .................................................................................................. 101 1.2. Sơ đồ mạch ............................................................................................... 101 1.3. Trang bị điện của mạch ........................................................................... 101 1.4. Thứ tự thực hiện....................................................................................... 102 1.5. Ưu – Nhược điểm của mạch trên so với đóng cắt động cơ 3 pha bằng cầu dao hoặc áptomát................................................................................................. 102 2. MẠCH ĐIỆN KHỞI ĐỘNG THỨ TỰ HAI ĐỘNG CƠ 3 PHA.......................... 102 2.1. Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 102 2.2. Sơ đồ mạch ............................................................................................... 102 2.3. Trang bị điện của mạch ........................................................................... 102 2.4. Thứ tự thực hiện....................................................................................... 103 3. MẠCH ĐIỆN ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA ...................................... 104 3.1. Nguyên lý .................................................................................................. 104 3.2. Sơ đồ mạch ............................................................................................... 104 3.3. Trang bị điện của mạch ........................................................................... 104 3.4. Thứ tự thực hiện....................................................................................... 105 4. MẠCH ĐIỆN KHỞI ĐỘNG MỘT CƠ BA PHA-TỰ ĐỘNG DỪNG ................. 105 4.1. Nguyên lý .................................................................................................. 105 4.2. Sơ đồ mạch ............................................................................................... 106 4.3. Trang bị điện của mạch ........................................................................... 106 4.4. Thứ tự thực hiện....................................................................................... 106 5. MẠCH ĐIỆN TỰ ĐỘNG KHỞI ĐỘNG THEO THỨ TỰ CỦA HAI ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA ................................................................................................................ 106 5.1. Nguyên lý .................................................................................................. 106 5.2. Sơ đồ mạch ............................................................................................... 106 5.3. Trang bị điện của mạch ........................................................................... 106 5.4. Thứ tự thực hiện....................................................................................... 107 PHẦN KẾT LUẬN .................................................................................................... 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 109  TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  Đề tài: “Khí cụ điện” GVHD: ThS. Lê Văn Nhạn SVTH: Lý Ngọc Hà Lớp: Sư phạm Vật lý - công nghệ K36 MSSV: 1076681 Đề tài gồm bốn phần: phần Mở đầu, phần Nội dung, phần Kết luận và phần Phụ lục  Phần mở đầu: Trình bày sơ lược về những lý do và các phương pháp để thực hiện đề tài “Khí cụ điện”.  Phần nội dung: Được chia làm 4 phần lớn:  Phần 1: Trình bày những cơ sở lý thuyết của các khí cụ điện. Đây là phần quan trọng nhất. Toàn bộ các lý thuyết này là cơ sở để xây dựng, tính toán thiết kế và tìm hiểu đặc tính kết cấu một số khí cụ điện điện sẽ được đề cập ở phần sau.  Phần 2: Trình bày nguyên lý, cấu tạo, hoạt động của các loại khí cụ điện hạ áp thường sử dụng trong các nhà máy phát điện, các trạm biến áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải, quốc phòng...  Phần 3: Trình bày sơ lược kết cấu và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điện cao áp. Đây là các khí cụ được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điện năng như: nhà máy phát điện, các trạm biến áp…vì vậy những lý thuyết về khí cụ này là rất cần thiết.  Phần 4: Trình bày một số mạch điện ứng dụng khí cụ điện thường gặp để vận hành động cơ.  Phần kết luận: Tóm lược những kết quả đạt được khi thực hiện đề tài và những khó khăn trong quá trình thực hiện. .  Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn PHẦN MỞ ĐẦU  1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Vật lý là ngành khoa học tự nhiên nghiên cứu về quy luật vận động của giới tự nhiên. Những thành tựu vật lý được ứng dụng rộng rãi trong đời sống kỹ thuật và sản xuất. Nhất là trong thời đại ngày nay, thời đại của nền khoa học tiên tiến hiện đại và đang trên đà phát triển thì những thành tựu của vật lý học càng khẳng định vai trò của mình hơn tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu tìm ra những tri thức vật lý mới. Việc nghiên cứu khoa học nói chung ngành vật lý nói riêng luôn được thực hiện cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm. Lý thuyết không những tiên đoán được các hiện tượng khoa học mà còn cơ sở giải thích các kết quả thực nghiệm rút ra được các thông số khoa học kĩ thuật. Chính vì vậy, việc nghiên cứu vật lý lí thuyết luôn giữ vai trò quan trọng. Trong đó, môn kĩ thuật điện 2 vật lý là một trong những môn học làm nhiệm vụ chìa khóa mở cửa gắn vật lý vào trong thực tiễn, đặc biệt trong khí cụ điện. Hiện nay, ở nước ta hầu hết các hoạt động của xã hội đều gắn với việc sử dụng điện năng. Điện năng không những được sử dụng ở thành phố mà còn được đưa về nông thôn, miền núi nhờ các trạm phát điện địa phương. Cùng với sự phát triển của điện năng, các khí cụ điện được sử dụng ngày càng tăng lên không ngừng. Chất lượng của các khí cụ điện cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công nghệ mới. Vì vậy, khí cụ điện đòi hỏi người làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong nghề điện phải hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của từng loại khí cụ điện nắm được các hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và cách sửa chữa các khí cụ điện, để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế, tiết kiệm điện năng trong sử dụng và an toàn cho người sử dụng. Trong quá trình sử dụng điện thì không tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra như hiện tượng quá điện áp, quá dòng điện, hiện tượng ngắn mạch,… Để bảo đảm vấn đề an toàn tính mạng cho con người, bảo vệ các thiết bị điện, tránh tổn thất kinh tế, tránh sự cố đáng tiếc có thể xảy ra khi sử dụng và vận hành các thiết bị điện là nhiệm vụ hàng đầu. Việc ứng dụng khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, SVTH: Lý Ngọc Hà - 1 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn chất lượng tốt hơn và luôn đổi mới trong công nghệ. Chính vì vậy, tôi đã quyết định chọn đề tài: ”Khí cụ điện” để có cơ hội tìm hiểu kĩ hơn những đặc điểm, tính chất vật lý ứng dụng trong khí cụ điện, ở đây tôi chỉ nghiên cứu khí cụ điện dưới góc độ vật lý và những ứng dụng khí cụ điện trong cuộc sống hằng ngày, cũng như việc phục vụ việc dạy học sau này. 1.1. Mục đích nghiên cứu của đề tài: - Tìm hiểu những đặc điểm cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, tính chất của khí cụ điện. - Tìm hiểu về đặc tính vật lý và những ứng dụng của khí cụ điện thông qua đó khảo sát tìm hiểu một số sơ đồ mạch điện đặc biệt để ứng dụng trong khí cụ điện. 1.2 Giới hạn của đề tài: - Chỉ tìm hiểu kĩ những tính chất đặc điểm nguyên tắc hoạt động của khí cụ điện dưới góc độ vật lý. - Do không có điều kiện tiếp xúc trực tiếp các loại khí cụ điện nên tôi chỉ tìm hiểu các loại khí cụ điện và ứng dụng thường gặp trong cuộc sống thông qua các tài liệu tham khảo và trên Internet. 2. CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI: Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học và kỹ thuật, con người đã làm được rất nhiều điều mà trước đây không thực hiện được, chỉ nằm trong trí tưởng tượng như máy bay, tên lửa, điện thoại di động, năng lượng hạt nhân, thủy điện….những loại máy móc thiết bị ngày càng phổ biến gắn liền với cuộc sống. Đặc biệt, khí cụ điện được xem là dũng sĩ bảo vệ các thiết bị điện. Các loại khí cụ điện hiện đại được sản xuất ra luôn đảm bảo khả năng tự động hóa cao. Để giải quyết vấn đề về mâu thuẩn giữa nhu cầu sử dụng và an toàn khi sử dụng của các dụng cụ điện tránh khỏi những sự cố, rủi ro xảy ra như hiện tượng quá điện áp, quá dòng điện, hiện tượng ngắn mạch,… Để bảo đảm vấn đề an toàn tính mạng cho con người, bảo vệ các thiết bị điện và tránh tổn thất kinh tế có thể xảy ra thì việc ứng dụng khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, chất lượng tốt hơn và luôn đổi mới trong công nghệ. Chúng có cấu tạo như thế nào và hoạt động theo nguyên tắc nào? Còn nhiều điều liên quan chúng mà tại sao chúng có thể bảo vệ được các thiết SVTH: Lý Ngọc Hà - 2 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn bị điện của chúng ta? Chúng hoạt động theo nguyên tắc vật lý nào? Tôi nghiên cứu về khí cụ điện các nước tiên tiến trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Thông qua đó, tôi tìm hiểu về tình hình phát triển điện và các thiết bị bảo vệ điện về những thuận lợi và thử thách đặt ra phải bảo vệ điện đối với các nước trên thế giới kể cả Việt Nam. 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: 3.1. Phương pháp thực hiện đề tài: - Để thực hiện đề tài này, tôi đã hoàn thành phần nghiên cứu của mình với phương pháp sau: Nghiên cứu lý thuyết, phân tích và tổng hợp các tài liệu, các phương pháp thử nghiệm. - Áp dụng kiến thức vật lý trong việc khảo sát cấu tạo, tính năng kỹ thuật của khí cụ điện. 3.2. Phương tiện thực hiện đề tài: - Xây dựng cơ sở lý thuyết. - Sử dụng kiến thức vật lý. - Tài liệu tham khảo: Sách, báo, bài giảng, khai thác thông tin trên Internet. - Ý kiến nhận được từ: Giáo viên hướng dẫn, các thầy cô và các bạn. 4. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: - Nhận đề tài, xác định nhiệm vụ cần đạt được của đề tài. - Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến của thầy cô, bạn bè. - Tổng hợp tài liệu, tiến hành viết đề tài và trao đổi với giáo viên hướng dẫn. - Nộp đề tài cho giáo viên hướng dẫn, giáo viên phản biện, tham khảo ý kiến và chỉnh sửa. - Viết luận văn hoàn chỉnh. - Báo cáo luận văn. SVTH: Lý Ngọc Hà - 3 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 5. CÁC THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG TRONG ĐỀ TÀI: KCĐ Khí cụ điện AB Air Breaker( áptômat, cũng gọi là ngắt điện tự động). CB Circuit Breaker ( áptômat, cũng gọi là ngắt điện tự động) DDR Áptômat so lệch ( Disjoncteur courant Differentiel Residuel) ID Cầu dao bảo vệ so lệch ( Interrupteur Differentiel) RCCB Thiết bị chống dòng điện rò ( Residual Current Circuit Breaker) FI Công tắc bảo vệ MC Máy cắt DS Dao cách ly ( Disconnecting Switch) KĐB Không đồng bộ SVTH: Lý Ngọc Hà - 4 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn PHẦN NỘI DUNG  PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN CHƯƠNG 1: PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN 1. KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN: Khí cụ điện (KCĐ) là thiết bị điện dùng để : đóng cắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều khiển, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong trường hợp có sự cố. Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích cỡ khác nhau, được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. 2. PHẠM VI ỨNG DỤNG: Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy phát điện, các trạm biến áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải, quốc phòng... Ở nước ta khí cụ điện hầu hết được nhập từ nhiều nước khác nhau nên quy cách không thống nhất, việc bảo quản và sử dụng có nhiều thiếu sót dẫn đến hư hỏng, gây thiệt hại khá nhiều về kinh tế. Do đó, việc nâng cao hiệu quả sử dụng, bổ túc kiến thức bảo dưỡng, bảo quản và kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp điều kiện khí hậu nhiệt đới của ta là nhiệm vụ quan trọng cần thiết đối với thợ điện, học sinh sinh viên chuyên ngành điện hiện nay. 3. PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN: 3.1. Phân loại khí cụ điện: 3.1.1.Phân loại theo công dụng: - Nhóm KCĐ khống chế: Dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các máy phát điện, động cơ điện (như cầu dao, áptômat, công tắc tơ). - Nhóm KCĐ bảo vệ: Làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi có quá tải, ngắn mạch, sụt áp ( như rơle, cầu chì, máy cắt,…). SVTH: Lý Ngọc Hà - 5 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Nhóm KCĐ tự động điều khiển từ xa: Làm nhiệm vụ thu nhận phân tích và khống chế sự hoạt động của các mạch điện như khởi động từ. - Nhóm KCĐ hạn chế dòng điện ngắn mạch (như điện trở phụ, cuộn kháng,…) - Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát…). - Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ đo lường (như máy biến dòng điện, biến áp đo lường,…). 3.1.2. Phân loại theo tính chất dòng điện: - Nhóm KCĐ dùng trong mạch điện một chiều. - Nhóm KCĐ dùng trong mạch điện xoay chiều. 3.1.3. Phân loại theo nguyên lý làm việc: Khí cụ điện được chia các nhóm với nguyên lý điện cơ, điện từ, điện động, nhiệt, có tiếp xúc và không có tiếp xúc. 3.1.4. Phân loại theo điều kiện làm việc: Loại làm việc vùng nhiệt đới khí hậu nóng ẩm, loại làm việc ở vùng ôn đới, có loại chống được khí cháy nổ, loại chịu rung động… 3.1.5. Phân loại theo cấp điện áp: - Khí cụ điện hạ áp có điện áp dưới 3 kV. - Khí cụ điện trung áp có điện áp từ 3 kV đến 36 kV. - Khí cụ điện cao áp có điện áp từ 36 kV đến nhỏ hơn 400 kV. - Khí cụ điện siêu cao áp có điện áp từ 400 kV trở lên. 3.2 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện: Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị và đảm bảo độ tin cậy của khí cụ điện thì khí cụ điện phải đảm bảo một số yêu cầu sau: - Thiết bị điện phải đảm bảo ổn định nhiệt, điện động và ổn định động khi làm việc bình thường, đặc biệt khi có sự cố trong giới hạn cho phép của dòng điện và điện áp. - Phải đảm bảo sử dụng được lâu dài đúng tuổi thọ thiết kế khi làm việc với các thông số kỹ thuật ở định mức. SVTH: Lý Ngọc Hà - 6 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Vật liệu cách điện phải tốt để khi xảy ra quá áp trong phạm vi cho phép cách điện không bị chọc thủng. - Thiết bị điện phải đảm bảo làm việc tin cậy, chính xác an toàn, gọn nhẹ, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra sửa chữa. Ngoài ra còn yêu cầu phải làm việc ổn định ở điều kiện khí hậu môi trường mà khi thiết kế cho phép. 4. PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN: 4.1 Khái niệm chung Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của TBĐ như : mạch vòng dẫn điện, mạch từ, các chi tiết bằng kim loại và cách điện đều có tổn hao năng lượng tác dụng và biến thành nhiệt năng. Một phần của nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của TBĐ, còn một phần khác tỏa ra môi trường xung quanh. Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ của thiết bị không tăng lên nữa mà đạt trị số ổn định, còn toàn bộ nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh. Nếu nhiệt độ của TBĐ tăng cao thì cách điện bị già hóa và độ bền cơ của các chi tiết bị suy giảm. Khi tăng nhiệt độ của vật liệu cách điện lên 8oC so với nhiệt độ cho phép ở chế độ dài hạn thì tuổi thọ của cách điện giảm 50%. Với vật liệu dẫn điện thông dụng nhất là Cu, nếu tăng nhiệt độ từ 100oC đến 250 oC thì độ bền cơ giảm 40%, khi độ bền cơ của chúng giảm nên lực điện động trong trường hợp ngắn mạch sẽ làm hư hỏng thiết bị. Do vậy độ tin cậy của thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nóng của chúng. Trong tính toán phát nóng TBĐ thường dùng một số khái niệm như sau : 0: nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy bằng nhiệt độ môi trường. : nhiệt độ phát nóng  =  -  0: là độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường, ở vùng ôn đới cho phép  = 350C, vùng nhiệt đới  = 50 0C. Sự phát nóng thiết bị điện còn tùy thuộc vào chế độ làm việc. ôđ = ôđ - 0 : độ chênh nhiệt độ ổn định. SVTH: Lý Ngọc Hà - 7 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 4.2 Các dạng tổn hao Trong TBĐ có các dạng tổn hao năng lượng chính sau :  Tổn hao trong các chi tiết dẫn điện.  Tổn hao trong các chi tiết bằng vật liệu sắt từ  Tổn hao điện môi. 4.2.1 Tổn hao trong các chi tiết dây dẫn Năng lượng tổn hao trong dây dẫn do dòng điện i đi qua trong thời gian t được tính theo công thức sau : t W   i 2 Rdt 0 Điện trở dây dẫn R phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu, kích thước dây dẫn, ngoài ra còn phụ thuộc vào tần số dòng điện, vị trí của dây dẫn nằm đơn độc hay gần dây dẫn khác có dòng điện đi qua. 4.2.2 Tổn hao trong các phần tử sắt và điện môi Nếu các phần tử sắt từ nằm trong vùng từ trường biến thiên thì trong chúng sẽ có tổn hao do từ trễ và dòng điện xoáy tạo ra. Dưới tác dụng của điện trường biến thiên, trong vật liệu cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi. 4.3 Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện: - Tổn thất điện năng trong khí cụ điện được tính: t Q   i 2 .R .t (1.1) 0 Trong đó: Q: Điện năng tổn thất (J) i: Dòng điện trong mạch (A) R: Điện trở của khí cụ (  ) t: Thời gian có dòng điện chạy qua (s) - Đối với dây dẫn đồng chất R o (1  . dm ).l s o Trong đó:  0 : Điện trở suất của vật liệu ở 0 C l: Chiều dài dây dẫn  : Hệ số nhiệt độ của điện trở SVTH: Lý Ngọc Hà - 8 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  đm : Nhiệt độ cho phép ở chế độ định mức S: Tiết diện có dòng điện chạy qua 4.4. Các chế độ phát nóng của khí cụ điện: 4.4.1. Khái niệm: Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo 1.1). Nếu nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép, khí cụ điện sẽ mau hỏng, vật liệu cách điện sẽ chóng lão hóa và độ bền cơ khí sẽ giảm đi nhanh chóng. Bảng 1.1: Nhiệt độ cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện Nhiệt Cấp độ cách cho nhiệt phép Các vật liệu làm khí cụ điện chủ yếu (oC) 110 Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện. 75 Dây nối tiếp xúc cố định. 75 Tiếp xúc dạng hình ngón của đồng và hợp kim đồng. Y 110 Tiếp xúc trượt của đồng và hợp kim đồng. 120 Tiếp xúc má bạc. 110 Vật không dẫn điện và không bọc cách điện. 90 Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu tương tự 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, các loại sơn cách điện có dầu làm khô. E 120 Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi. giấy ép hoặc vải có tẩm nhựa phenolfocmandehit (gọi SVTH: Lý Ngọc Hà chung - 9 - là bakelit giấy). Nhựa Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 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 ở các bộ phận không tiếp xúc với không 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 khoáng. Nhựa eboxi, sợi thủy tinh, nhựa melamin focmandehit. F 155 Sợi amiăng, sợi thủy tinh không có chất kết dính. H 180 Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính. C Trên Mica không có chất kết dính, thủy tinh, sứ, 180 politetraflotilen, polimonoclortrifloetilen. Tuỳ theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau. Có ba chế độ làm việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại. 4.4.2. Các chế độ làm việc của khí cụ điện: 4.4.2.1. Chế độ làm việc lâu dài: Khí cụ điện làm việc lâu dài, nhiệt độ trong khí cụ điện bắt đầu tăng và đến nhiệt độ ổn định thì không tăng nữa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh bằng nhiệt khí cụ điện nhận trong quá trình làm việc. SVTH: Lý Ngọc Hà - 10 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Hình 1.1: Đồ thị thể hiện chế độ làm việc lâu dài của khí cụ điện 4.4.2.2. Chế độ làm việc ngắn hạn: Là chế độ khi đóng điện nhiệt độ của nó không đạt đến nhiệt độ ổn định, sau khi phát nóng ngắn hạn, khí cụ điện được ngắt nhiệt độ của nó sụt xuống tới mức không so sánh được với môi trường xung quanh. Hình 1.2: Đồ thị thể hiện chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ điện 4.4.2.3. Chế độ ngắn hạn lặp lại: Nhiệt độ KCĐ tăng lên trong khoảng thời gian KCĐ làm việc, nhiệt độ KCĐ giảm xuống trong khoảng thời gian KCĐ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban đầu thì khí cụ điện làm việc lặp lại. Sau một khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất gần bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì KCĐ đạt được chế độ dừng. SVTH: Lý Ngọc Hà - 11 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Hình 1.3: Đồ thị thể hiện chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của khí cụ điện 4.5. Các trạng thái làm việc của khí cụ điện: 4.5.1. Trạng thái làm việc bình thường: Các KCĐ cũng như các thiết bị điện làm việc với các đại lượng thông số không vượt quá trị số định mức như các đại lượng về dòng điện, điện áp, công suất... đại lượng định mức là những trị số của các thông số mà thiết bị điện được sử dụng hết khả năng của chúng, đồng thời đảm bảo làm việc lâu dài. 4.5.2. Trạng thái làm việc không bình thường: Khi một trong các đại lượng vượt quá trị số cho phép gọi là làm việc trong trạng thái không bình thường. Ví dụ: - Quá dòng điện (dòng điện vượt quá trị số định mức) như: quá tải, ngắn mạch, khi đó các tổn hao trong dây quấn và lõi thép vượt quá mức bình thường làm nhiệt độ tăng cao gây hư hỏng KCĐ. - Quá điện áp (điện áp vượt quá trị số định mức) như trong trường hợp quá điện áp do sét đánh. Khi đó, điện trường trong vật liệu cách điện tăng cao có thể xảy ra phóng điện, gây hư hỏng cách điện. - Các loại ngắn mạch: ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 1 pha, ngắn mạch do chạm đất. Khi ngắn mạch dòng điện rất lớn, đây là trường hợp sự cố của mạch điện nên cần thiết phải có thiết bị bảo vệ. SVTH: Lý Ngọc Hà - 12 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn TÓM LẠI: Khí cụ điện bảo vệ các thiết bị điện cũng như không điện trong trường hợp có các sự cố. Khí cụ điện phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản khi sử dụng. Do đó, khí cụ điện được phân loại theo yêu cầu sử dụng. Với sự phát triển của ngành công nghiệp điện năng các thiết bị điện dân dụng, điện công nghiệp cũng như các khí cụ điện được sử dụng ngày càng tăng lên không ngừng. Chất lượng của các khí cụ điện cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công nghệ mới. Vì vậy đòi hỏi người làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong các nhà lý thuyết nghiên cứu về điện phải hiểu rõ về các yêu cầu, nắm vững cơ sở lý thuyết khí cụ điện để nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của từng loại khí cụ điện để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng trong sử dụng. Nội dung chương này nhằm trang bị những kiến thức cơ bản và cần thiết về cơ sở lý thuyết vật lý để nghiên cứu nhiệt phát ra làm nóng khí cụ điện các điện trở, chất liệu làm dây dẫn, hiệu điện thế sử dụng và tiết diện dây dẫn...Trong khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành điện và thực tiễn. SVTH: Lý Ngọc Hà - 13 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  CHƯƠNG 2: TIẾP XÚC ĐIỆN – HỒ QUANG ĐIỆN NAM CHÂM ĐIỆN – LỰC ĐIỆN ĐỘNG 1. TIẾP XÚC ĐIỆN: 1.1. Khái niệm: Dòng điện đi từ vật dẫn này qua vật dẫn khác phải đi qua chỗ tiếp xúc. Bề mặt tiếp xúc cho dòng điện đi qua là bề mặt tiếp xúc điện, còn các vật dẫn có bề mặt tiếp xúc gọi là tiếp điểm. 1.2. Các yêu cầu về tiếp xúc điện: Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện:  Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo.  Mối nối tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao.  Mối nối không được phát nóng quá giá trị cho phép.  Ổn định nhiệt và ổn định động khi có dòng điện cực đại đi qua.  Chịu được tác động của mội trường (nhiệt độ, chất hóa học…). Để đảm bảo các yêu cầu trên, vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu:  Điện dẫn và nhiệt dẫn cao.  Độ bền chống rỉ trong không khí và trong các khí khác.  Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao.  Độ cứng bé để giảm lực nén.  Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt.  Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy).  Đơn giản gia công, giá thành hạ. Một số vật liệu dùng làm tiếp điểm: đồng, bạc, nhôm, vôn-fram… Một yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới độ tin cậy làm việc và nhiệt độ phát nóng của tiếp xúc điện là điện trở tiếp xúc Rtx. 1.3. Phân loại tiếp xúc điện: Dựa vào mối liên kết tiếp xúc, ta chia tiếp xúc điện ra các dạng sau: SVTH: Lý Ngọc Hà - 14 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  Tiếp xúc cố định: Là loại tiếp xúc không tháo lắp giữa 2 vật dẫn, được liên kết bằng bulông, đinh vít. Hình 2.1: Tiếp xúc cố định bằng bulông  Tiếp xúc đóng mở: Là tiếp xúc mà có thể làm cho dòng điện chạy hoặc ngừng chạy từ vật dẫn này sang vật dẫn khác (như các tiếp điểm trong thiết bị đóng cắt). Hình 2.2: Tiếp xúc mở bằng tiếp điểm  Tiếp xúc trượt: Là vật dẫn điện này có thể trượt trên bề mặt của vật dẫn điện kia (ví dụ như chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt). Hình 2.3: Tiếp xúc trượt của chổi than trên cổ góp máy điện SVTH: Lý Ngọc Hà - 15 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 1.4. Điện trở tiếp xúc: Xét khi đặt hai vật dẫn tiếp xúc nhau, ta sẽ có diện tích bề mặt tiếp xúc: (2.1) S tx  a.l Trong đó: S tx : Diện tích bề mặt tiếp xúc đơn vị mét (m2). a: Bề rộng vật dẫn tiếp xúc đơn vị mét (m). l: Chiều dài tiếp xúc đơn vị mét (m). 1 a 2 l Hình 2.4: Tiếp xúc của 2 vật dẫn điện. Diện tích tiếp xúc còn phụ thuộc vào lực ép lên trên tiếp điểm và vật liệu làm tiếp điểm, lực ép càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn. Diện tích tiếp xúc thực ở một điểm (như mặt cầu tiếp xúc với mặt phẳng) xác định bởi: S F d (2.2) Trong đó: F là lực ép vào tiếp điểm [kgf]. d là ứng suất chống dập nát của vật liệu làm tiếp điểm [kg/cm2]. Rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của thiết bị điện, điện trở tiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng. Nếu phát nóng quá mức cho phép thì tiếp điểm sẽ bị nóng chảy, thậm chí bị hàn dính, hoặc tăng nhanh quá trình oxít hóa. Trong các tiếp điểm thiết bị điện mong muốn điện trở tiếp xúc có giá trị càng nhỏ càng tốt, nhưng do thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến Rtx nên không thể giảm Rtx cực nhỏ được như mong muốn. Nếu tiếp xúc ở n điểm thì diện tích sẽ lớn lên n lần so với biểu thức (2.2). SVTH: Lý Ngọc Hà - 16 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Dòng điện chạy từ vật này sang vật khác chỉ qua những điểm tiếp xúc, như vậy dòng điện ở các chỗ tiếp xúc đó sẽ bị thắt hẹp lại, dẫn tới điện trở ở những chỗ này tăng lên. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kì tính theo công thức: Rtx  K Fm (2.3) Trong đó: K: hệ số phụ thuộc vật liệu và tình trạng bề mặt tiếp điểm. F: lực nén [kgf]. m: hệ số phụ thuộc số điểm tiếp xúc và kiểu tiếp xúc với : - Tiếp xúc mặt m = 1 - Tiếp xúc đường m = 0,7 - Tiếp xúc điểm m = 0,5  Ngoài công thức (2.3) là công thức kinh nghiệm, người ta còn dùng phương pháp giải tích để dẫn giải rút ra công thức tính điện trở tiếp xúc điểm Rtx   F .n  d . (2.4) Trong đó: : điện trở suất của vật dẫn [.m]. n: số điểm tiếp xúc. F: lực nén [kgf]. 1 Kgf = 9,81N 1.5 Các trạng thái làm việc của tiếp điểm Độ mở: khoảng cách giữa hai tiếp điểm ở trạng thái cắt ổn định . Độ mở liên quan đến điện áp phóng điện và quá trình dập hồ quang khi cắt. Độ mở lớn thì an toàn nhưng tăng kích thước thiết bị. Độ lún: khoảng cách mà tiếp điểm động có thể di chuyển nếu không bị tiếp điểm tĩnh cản trở . Độ lún bảo đảm tiếp xúc tốt và đảm bảo khi bị ăn mòn, tiếp điểm vẫn làm việc được. Các kích thước tiếp điểm: phụ thuộc vào dòng điện đi qua tiếp điểm và tuổi thọ (số lần đóng cắt) của tiếp điểm. SVTH: Lý Ngọc Hà - 17 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Lực ép tiếp điểm: đảm bảo điện trở tiếp xúc tốt. Nếu lực bé, điện trở tiếp xúc lớn, còn lực lớn, điện trở tiếp xúc bé. Tùy chủng loại thiết bị, lực ép tiếp điểm có trị số thích hợp. 1.6. MỘT SỐ KẾT CẤU TIẾP ĐIỂM THƯỜNG DÙNG 1.6.1 Tiếp điểm kiểu cầu Có đặc điểm mỗi pha có hai chổ cắt nên hồ quang bị phân đoạn. Tiếp điểm chuyển động thẳng, lò xo tiếp điểm dạng xoắn, hình trụ làm việc ở chế độ nén. Loại này không có dây dẫn mềm kết cấu đơn giản chắn chắn, thường dùng trong công tắc tơ, khởi động từ để đóng cắt tải từ xa và khởi động động cơ điện, có dòng điện định mức từ hàng chục đến 800A. Hình 2.5: Tiếp điểm kiểu cầu 1.6.2 Tiếp điểm kiểu ngón Có đặc điểm một pha có một chổ cắt và kết cấu điểm động có hình dạng như ngón tay. Vì tiếp điểm động chuyển động quay và một pha chỉ có một chổ cắt nên có dây dẫn mềm. Hình 2.6: Tiếp điểm kiểu ngón SVTH: Lý Ngọc Hà - 18 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 1.6.3 Tiếp điểm kiểu dao Dùng cho cầu dao có dòng điện bé, lực ép tiếp điểm của dây nhờ đặc tính đàn hồi của đồng làm tiếp điểm của dòng điện lớn, cần lực ép lớn hơn có thêm lò xo dạng lá thép đàn hồi. Vì hai má tiếp điểm tĩnh song song với nhau, nên khi ngắn mạch lực điện động sẽ cùng chiều với lực ép tiếp điểm, đảm bảo điện trở tiếp xúc bé. Dùng cho các loại cầu dao, dao cách ly, thiết bị đóng cắt dòng điện bé ( không tải) so với dòng điện định mức. Hình 2.7: Tiếp điểm kiểu dao 1.6.4 Tiếp điểm kiểu nêm Cho phép dòng điện định mức lớn đi qua và khi có dòng điện ngắn mạch lực điện động cùng chiều với lực ép tiếp điểm nên đảm bảo tiếp xúc tốt. Tuy vậy loại kết cấu này khó bảo vệ bề mặt khỏi hồ quang, do đó loại này chỉ dùng cho tiếp điểm cầu dao cách ly cao áp. Hình 2.8: Tiếp điểm kiểu nêm SVTH: Lý Ngọc Hà - 19 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 1.6.5 Tiếp điểm kiểu đối Tiếp điểm động 1 có hình trụ rỗng, thuận tiện cho việc thổi dọc hồ quang. Tiếp điểm tĩnh 2 kiểu trụ, có dây mềm 4 và lò xo hãm xung 3. Loại kết cấu này thường dùng trong máy cắt cao áp kiểu không khí nén, máy cắt dầu…. Hình 2.9: Tiếp điểm kiểu đối 1.7 NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 1.7.1 Nguyên nhân 1.7.1.1 Ăn mòn kim loại Trong thực tế chế tạo dù gia công thế nào thì bề mặt tiếp xúc tiếp điểm vẫn còn những lỗ nhỏ li ti. Trong vận hành hơi nước và các chất có hoạt tính hóa học cao thấm vào và đọng lại trong những lỗ nhỏ đó sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra một lớp màng mỏng rất giòn. Khi va chạm trong quá trình đóng lớp màng này dễ bị bong ra. Do đó bề mặt tiếp xúc sẽ bị mòn dần, hiện tượng này gọi là hiện tượng ăn mòn kim loại. 1.7.1.2 Oxy hóa Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng trên bề mặt tiếp xúc, điện trở suất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng Rtx dẫn đến phát nóng tiếp điểm. SVTH: Lý Ngọc Hà - 20 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Mức độ gia tăng Rtx do bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa còn tùy nhiệt độ. Ở 20-300 C có lớp oxít dày khoảng 25.10 -6mm. 1.7.1.3 Điện thế hóa kim loại Hai kim loại có điện thế hóa học khác nhau khi tiếp xúc sẽ tạo nên một cặp hiệu điện thế hóa học, giữa chúng có một hiệu điện thế. Nếu bề mặt tiếp xúc có nước xâm nhập sẽ có dòng điện chạy qua, và kim loại có điện thế học âm hơn sẽ bị ăn mòn trước làm nhanh hỏng tiếp điểm. 1.7.1.4 Hư hỏng do điện Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc không được bảo quản tốt lò xo tiếp điểm bị hoen rỉ yếu đi sẽ không đủ lực ép vào tiếp điểm. Khi có dòng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phát nóng gây nóng chảy, thậm chí hàn dính vào nhau. Nếu lực ép tiếp điểm quá yếu có thể phát sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm. Ngoài ra, tiếp điểm bị bẩn, rỉ sẽ tăng điện trở tiếp xúc, gây phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếp điểm. 1.8 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Đối với những tiếp xúc cố định : nên bôi một lớp mỡ chống rỉ hoặc quét sơn chống ẩm. Khi thiết kế ta nên chọn những vật liệu : có điện thế hóa học giống nhau hoặc gần bằng nhau cho từng cặp. Nên sử dụng các vật liệu không bị oxy hóa làm tiếp điểm. Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau thường được mạ thiếc, mạ bạc, mạ kẽm còn tiếp điểm thép thường được mạ cađini, kẽm,... Thay lò xo tiếp điểm: những lò xo đã rỉ, đã yếu làm giảm lực ép sẽ làm tăng điện trở tiếp xúc, cần lau sạch tiếp điểm bằng vải mềm và thay thế lò xo nén khi lực nén còn quá yếu. Kiểm tra sửa chữa cải tiến: cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút ngắn thời gian dập hồ quang nếu điều kiện cho phép. SVTH: Lý Ngọc Hà - 21 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2. HỒ QUANG ĐIỆN: 2.1. Khái niệm và tính chất của phóng điện hồ quang: 2.1.1. Khái niệm: a b a b i h1 h2 d Hình 2.10: Quá trình hình thành hồ quang Trong các loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (cầu dao, contactor, rơle…) hồ quang thường xảy ra ở các tiếp điểm khi cắt dòng điện. Trước đó khi cách tiếp điểm đóng điện trong mạch có dòng điện, điện áp trên phụ tải là u còn điện áp trên 2 tiếp điểm a, b bằng 0. Khi cắt điện 2 tiếp điểm a, b rời nhau (h2) lúc này dòng điện giảm nhỏ. Toàn bộ điện áp u đặt lên 2 cực a, b do khoảng cách d giữa 2 tiếp điểm rất nhỏ nên điện trường giữa chúng rất lớn (vì E  U ). d Do nhiệt độ và điện trường ở các tiếp điểm lớn nên trong khoảng không khí giữa 2 tiếp điểm bị ion hóa rất mạnh nên khối khí trở thành dẫn điện (gọi là plasma) sẽ xuất hiện phóng điện hồ quang có mật độ dòng điện lớn (104 – 105 A/cm2), nhiệt độ rất cao (4000 - 5000 0C) và thường kèm theo hiện tượng phát sáng. Điện áp càng cao dòng điện càng lớn thì hồ quang càng mãnh liệt (Hình 2.6). Dọc theo chiều dài hồ quang được chia làm 3 vùng: Vùng xung quanh cực âm (Vùng K) cách cực âm khoảng 10 -4 đến 10-5cm, vùng này tuy điện áp nhỏ (8 đến 10V) nhưng khoảng cách rất bé nên cường độ điện trường rất lớn (105 đến 106V/cm). Còn vùng có chiều dài gần hết hồ quang là vùng thân, vùng này có cường độ điện trường chỉ khoảng 10 đến 50V/cm. Vùng còn lại là vùng cực dương (vùng A) có cường độ điện trường lớn hơn vùng thân nhưng các yếu tố xảy ra ở đây theo lý thuyết hiện đại thì ít ảnh hưởng đến quá trình phát sinh và dập hồ quang nên không được đề cập. SVTH: Lý Ngọc Hà - 22 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp Vùng K GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Vùng thân Vùng A K A E V EK UA UTh EA Eth UK Ihqm Hình 2.11: Đặc tính hồ quang điện một chiều Hồ quang điện được chia làm 2 loại:  Hồ quang điện có ích: Khi được sử dụng trong các lĩnh vực hàn điện, đun chảy vật liệu kim loại, luyện thép, làm đèn chiếu sáng,… những lúc này hồ quang cần được duy trì ổn định.  Hồ quang điện có hại: Khi đóng cắt các thiết bị điện như: contactor, cầu dao, máy cắt,… hồ quang sẽ xuất hiện giữa các cặp tiếp điểm. Hồ quang kéo dài sau khi các thiết bị điện đã đóng cắt sẽ làm hại các tiếp điểm và bản thân thiết bị điện. Trong trường hợp này để đảm bảo độ làm việc tin cậy của thiết bị điện yêu cầu phải đập tắt hồ quang càng nhanh càng tốt. 2.1.2. Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang: - Phóng điện hồ quang chỉ xảy ra khi các dòng điện có trị số lớn. - Nhiệt độ trung tâm hồ quang rất lớn và trong các khí cụ có thể đến o 6000- 8000 K. - Mật độ dòng điện tại Catốt lớn (104  105) A/cm 2. - Sụt áp ở catốt bằng 10-20V và thực tế không phụ thuộc vào dòng điện. SVTH: Lý Ngọc Hà - 23 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2.1.3. Quá trình phát sinh và dập hồ quang điện: Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện) do tác động của nhiệt. 2.1.3.1. Quá trình phát sinh hồ quang:  Đối với tiếp điểm có dòng điện bé: Ban đầu khoảng cách giữa chúng nhỏ trong khi điện áp đặt có trị số nhất định. Vì vậy, trong khoảng không gian này sẽ sinh ra điện trường có cường độ rất lớn (3.10 7 V/cm) có thể làm bật điện tử từ catốt gọi là phát xạ catốt lạnh. Số điện tử càng nhiều, chuyển động dưới tác dụng của điện trường làm ion hóa không khí gây hồ quang. Z Ihq U Uhq Hình 2.12: Quá trình phát sinh hồ quang đối với tiếp điểm có dòng điện bé  Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn: Lúc đầu mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng có trị số nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua ít. Mật độ dòng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn A/cm2, do đó tại các tiếp điểm sự phát nóng sẽ tăng đến mức làm chảy kim loại, giọt kim loại đươc kéo căng ra trở thành cầu chất lỏng và nối liền 2 tiếp điểm này, nhiệt độ của cầu chất lỏng tiếp tục tăng, lúc đó cầu chất lỏng bốc hơi và trong không gian giữa 2 tiếp điểm xuất hiện hồ quang.  Vì quá trình phát nóng của cầu thực hiện rất nhanh nên sự bốc hơi mang tính chất nổ dẫn đến sự mài mòn tiếp điểm. SVTH: Lý Ngọc Hà - 24 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Z Ihq U Uhq Hình 2.13: Quá trình phát sinh hồ quang đối với tiếp điểm có dòng điện lớn 2.1.3.2. Quá trình dập tắt hồ quang: Điều kiện để dập tắt hồ quang là:  Hạ nhiệt độ hồ quang: Bằng cách dùng hơi khí hoặc dầu làm nguội, dùng vách ngăn để hồ quang cọ xát.  Chia hồ quang thành nhiều cột nhỏ và kéo dài hồ quang: Dùng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ và thổi khí dập tắt.  Dùng năng lượng bên ngoài hoặc chính nó để thổi tắt hồ quang: Năng lượng của nó tạo áp suất để thổi tắt hồ quang.  Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ năng lượng hồ quang (dùng điện trở mắc song song với hai tiếp điểm sinh hồ quang). 3. LỰC ĐIỆN ĐỘNG: 3.1. Khái niệm: Lực cơ khí xuất hiện giữa các chi tiết của một mạch vòng dẫn điện và giữa các mạch vòng gần nhau khi có dòng điện chạy qua được gọi là lực điện động. Ở chế độ làm việc dài hạn, lực điện động sinh ra không lớn vì dòng điện định mức có trị số bé, do đó LĐĐ trong trường hợp này không ảnh hưởng đến thiết bị điện. SVTH: Lý Ngọc Hà - 25 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 3.2. Phương pháp tính lực điện động: Để tính toán lực điện động ta có thể dùng 2 phương pháp: 3.2.1. Phương pháp 1: Dựa trên định luật tác dụng tương hổ của dây dẫn mang dòng điện và từ trường (định luật Biosava Laplax). Dây dẫn thẳng dài l mang dòng điện I đặt trong từ trường có cảm ứng từ B chịu tác dụng lực điện từ có giá trị bằng công thức: F  IBl sin  (2.5) Trong đó: F : Là lực điện từ (N) B: Là cảm ứng từ (T). l: Chiều dài dây dẫn (m).  : là góc lệch giữa chiều của véc tơ cảm ứng từ và chiều của dòng điện chạy trong dây dẫn. B  I F l Hình 2.14: Lực điện động trong dây dẫn thẳng. 2 1 dy i2   dx + B i1 Hình 2.10: Lực điện động trong hai dây dẫn bất kỳ. SVTH: Lý Ngọc Hà - 26 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Một hệ gồm hai dây dẫn 1 và 2 đặt tuỳ ý có các dòng điện i1 và i2 chạy qua. Trường hợp này dây dẫn 1 mang dòng điện i1 được coi là đặt trong từ trường tạo bởi dòng điện i2 chạy trong dây dẫn 2 (ngược lại i2 được coi là đặt trong từ trường do dòng điện i1 chạy trong dây dẫn 1). Khi đó lực điện động tác dụng giữa 2 dây dẫn: F  C.i1.i2  td  0 (N) 4 (2.6) Trong đó : 0: Hằng số từ 0 = 4.10-7 (H /m). td: Dây dẫn đặt trong không khí thì độ từ thẩm tương đối (td=1) C: Hằng số phụ thuộc kích thước hình học của 2 dây dẫn, còn gọi là hệ số mạch vòng. Nếu thay: 0 vào (2.6) ta có: F = 10 –7 i1 i2 C (N) (2.7) Trong đó: Dòng điện i1 và i2 tính bằng A (Ampe). 3.2.2. Phương pháp 2: Phương pháp cân bằng năng lượng Một dây dẫn hay một mạch vòng mang dòng điện i có năng lượng từ tính theo công thức: W L i2 2 (2.8) Trong đó: L là hệ số điện cảm của mạch (H) Hai mạch vòng mang các dòng điện i1 và i2 có năng lượng từ tính theo công thức : W  L1 i12 i2  L2 2  M i1i2 2 2 (2.9) Trong đó: L1, L2: Là hệ số tự cảm của các mạch vòng (H). M: Là hệ số hỗ cảm của 2 mạch vòng. 3.2.3 Hướng của lực điện động LĐĐ có xu hướng thay đổi vị trí tương hổ của hệ mạch vòng dẫn điện sao cho năng lượng điện từ của hệ tăng.  Trường hợp dây dẫn song song có dòng điện cùng i1 F chiều, LĐĐ làm 2 dây dẫn hút nhau. i2 SVTH: Lý Ngọc Hà - 27 - F Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  Trường hợp dây dẫn song song có dòng điện ngược chiều, LĐĐ làm 2 dây dẫn đẩy nhau. F i1 i2 F  Trường hợp một dây dẫn vuông góc, LĐĐ có xu F i1 i2 hướng duỗi thẳng dây dẫn. F  Trường hợp dây dẫn chéo nhau, dưới có một góc vuông, LĐĐ có xu hướng khép kính góc vuông lại sao cho chiều của hai dòng điện trùng nhau. F F i1 F i1 F i1 i2 F i2 F 3.2.4. Lực điện động của một số dạng dây dẫn: F i2 Tính lực điện động tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện I: Bài toán: Một dây dẫn mang dòng điện I = 10A, dài 1m, đặt trong từ trường có cảm ứng từ B = 1T. Hướng của từ trường lệch so với hướng của dây dẫn một góc 450: Giải: Từ công thức: F = IBl sin  (N) = 10*1*1sin 450 = 7,07 N. Tính lực điện động giữa 2 dây dẫn song song có tiết diện tròn mang các dòng điện i1 và i2. Trong hệ thống gồm 2 dây dẫn song song có tiết diện tròn cách nhau một khoảng a mang các dòng điện i1 và i2 khi đó (sin  = 1). SVTH: Lý Ngọc Hà - 28 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn l2 l1 1 y  l  2 a B1 B2 B1 B2 F + + F + F F  Hình 2.15: Lực điện động trong hai dây dẫn song song. F  Ci1i2 4 10 7  Ci1i 2 .10 7 ( N) 4 * Với hệ số mạch vòng: C   l1 dx  l 2 (2.10) dy sin  2 (2.11) * Nếu coi dây dẫn 2 là dài vô hạn lấy tích phân thứ 2 trước ta có: C 2  l1 dx a (2.12) * Nếu dây dẫn 1 cũng dài vô hạn thì hệ số C cũng tiến tới vô hạn: + Nếu dây dẫn 1 (l1) có chiều dài hữu hạn l thì: C2 l a (2.13) Khi đó lực tác động lên dây dẫn 1 sẽ là: F  2.10  7 i1i2 l a (2.14) + Nếu 2 dây dẫn có chiều dài hữu hạn l thì ta lấy tích phân với các tích phân tương ứng ta được hệ số mạch vòng C và lực điện động : F  2 * 10 SVTH: Lý Ngọc Hà 7 2 l  a a 1     i1i2 a l l   - 29 - (2.15) Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Nếu a a, ta áp dụng công thức: F  2 * 10 7 i1i2 l k hd a (2.20) Trong đó: khd là hệ số hình dáng phụ thuộc vào kích thước hình học của dây dẫn và khoảng cách giữa chúng. SVTH: Lý Ngọc Hà - 30 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn b l h b l h a a Hình a. Hình b. Hình 2.17: Lực điện động trong hai dây dẫn song song, có tiết diện hình chữ nhật. Hình a. Dây đặt đứng. Hình b. Dây đặt nằm. Ví dụ: Ngàm của cầu dao được chế tạo từ hai thanh kim loại dẹt. Mỗi thanh có kích thước: b*h = 0,005 x 0,06 (m 2), chiều dài l = 0,42 m và khoảng cách giữa chúng là a = 0,024 m. Hãy tính lực điện động tác dụng giữa 2 thanh nếu mỗi thanh cho dòng điện 33 KA đi qua. Giải Ngàm của cầu dao thường bố trí theo chiều thẳng đứng. Từ các kích thước đã cho ta tính được: a  b 0,024  0,005   0,223 h  b 0,080  0,005 b 0,005   0,062 a 0,080 Với số liệu như trên người ta tính được: Khd = 0,55 F  2.10 7 i1i2 l 0,42 k hd  2.10 7 33 210 6 0,55  2368N a 0,024 Tính lực điện động tác dụng lên một vòng dây dẫn mang dòng điện và giữa các vòng dây dẫn khác. SVTH: Lý Ngọc Hà - 31 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn + Trường hợp một vòng dây mang dòng điện i bán kính R lực điện động có xu hướng kéo căng vòng dây ra nghĩa là muốn kéo đứt vòng dây. FR  i 2 dL 2 dR (2.21) FR d FR Rd R  fR fR FR FR 2r 2R Hình 2.18: Lực điện động ở các vòng dây. Lực điện động tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài của vòng dây được tính theo công fR  thức: FR 2R (2.22) Trong đó: fR là lực hướng bán kính (N). Muốn tính toán sức bền cơ khí của vòng dây cần xác định FR có xu hướng kéo vòng dây. Do đó cần phải lấy tích phân hình chiếu của các lực hướng bán kính tác dụng lên vòng dây tức là:  2 FR   f R R cos  f R R  0 i2 dL . 2 * 2 dR (2.23) Khi vòng dây có tiết diện tròn, bán kính dây r với R > r  8R  L   0 R   1,75  r  (2.24) Khi đó: + Vòng dây có tiết diện chữ nhật thì: SVTH: Lý Ngọc Hà - 32 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  8R  L   0 R ln  0,5  r  FR  (2.25) i2  8R   8R   0,5 * i 2 4 *10 7 ln  0,5  10  7 ln 2 * 2  r   r  (2.26) + Trường hợp nhiều vòng dây: Các cuộn dây của KCĐ, ngoài lực tác dụng bên trong của mỗi vòng dây, giữa các vòng dây cùng chiều (hoặc ngược chiều) sẽ sinh ra lực hút F (hoặc đẩy). Lực F có thể coi như tổng của 2 lực thành phần FY và FX. - FY: có xu hướng kéo các vòng dây lại với nhau. - FX: có xu hướng kéo dãn đối với vòng dây có đường kính nhỏ và kéo nén đối với vòng dây có đường kính lớn. Như vậy trong một vòng dây lực FX sẽ cộng tác với lực FR còn trong vòng khác sẽ trừ bớt đi. Fy  10 7 4 R1 h i1i2 h  C2 Fx  10 7 4 R1C i1i2 2 h C2 2R2 Fx 2 h Fy Fy F Fx 2R1 Hình 2.19: Lực điện động giữa các vòng dây mang dòng điện C = R2 - R1 ; R2 > R1 rõ ràng lực thành phần phụ thuộc khoảng cách h. Trong đó: Lực tác dụng lên dây dẫn đặt cạnh khối sắt từ. + Khi dây dẫn đặt gần vật liệu sắt từ, từ trường xung quanh + nó sẽ bị méo đi, các đường sức từ F a F a khép kín qua khối sắt từ và sinh ra các lực kéo dây dẫn vào vật liệu sắt từ đó. Lực điện động được tính + theo công thức: F  10 7 l 2 i a SVTH: Lý Ngọc Hà (2.27) Hình 2.20: Lực tác dụng lên dây dẫn đặt cạnh khối sắt từ. - 33 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn + Khi dây dẫn đặt trong khe hở của vật liệu sắt từ có tiết diện không đổi hoặc thay đổi. Nếu không kể bão hoà, lực hút dây dẫn vào khối sắt từ : l F  0, 63.106 i 2 r (N) (2.28) Lực điện động tại chổ biến đổi tiết diện dây dẫn. F  0 2 r2 i ln 4 r1 (2.29) Khi biến đổi tiết diện dây dẫn dòng điện, có các thành phần ngang trục F1 và dọc trục F2 tác dụng lên đường dây dòng điện vẽ thành các đường cong, lực tổng hợp là F. Thành phần dọc trục hướng theo chiều làm đứt chổ giao tiếp dọc theo trục dây dẫn (như hình 2.18) và hướng về phía tiết diện lớn. r Hình 2.21: Lực tác dụng lên dây dẫn đặt trong khe hở của vật liệu sắt từ. Lực điện động phát sinh khi thay đổi tiết diện chỉ phụ thuộc vào tỷ số các bán kính ban đầu và cuối cùng, không phụ thuộc vào hình dạng chổ quá độ. Kết luận này đúng đối với việc phân bố đều dòng điện theo tiết diện dây dẫn. 2r1 B F1 i F1 F2 2r2 Hình 2.22: Lực điện động tại chổ biến đổi tiết diện dây dẫn SVTH: Lý Ngọc Hà - 34 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 4. NAM CHÂM ĐIỆN 4.1 Khái quát và công dụng Trong kỹ thuật điện công nghiệp người ta thường dùng nhiều nam châm.  Nam châm vĩnh cữu làm bằng vật liệu sắt từ cứng có từ dư và lực giữ từ lớn.  Nam châm điện có lõi làm bằng vật liệu sắt từ mềm có độ từ thẩm lớn được từ hóa bởi dòng điện đi qua cuộn dây quấn trên lõi.  Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của khí cụ điện được dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng trong khí cụ điện.  Trong công nghiệp nó được dùng ở cần trục để nâng các tấm thép.  Trong truyền động điện, nó được dùng trong các bộ ly hợp, van điện từ, bàn từ.  Trong sinh hoạt hằng ngày cơ cấu điện từ được ứng dụng rộng rãi như: chuông điện, loa điện,…. 4.2 Phân loại và cấu tạo 4.2.1 Phân loại  Theo tính chất dòng điện có 2 loại: Một chiều và xoay chiều.  Theo hình dáng : Có loại hút chập hay hút quay, hút thẳng, hút ống.  Theo cách mắc cuộn dây vào nguồn điện: Có cuộn dây mắc nối tiếp, cuộn dây mắc song song.  Loại không có nắp: Loại này gồm cuộn dây và lõi sắt từ. Đối với loại này các vật liệu sắt thép bị hút được xem như là nắp. 4.2.2 Cấu tạo 4.2.2.1 Nam châm điện xoay chiều 1. Cuộn dây 2. Lõi thép 3. Nắp 4. Vòng chống rung 3 1 4 2 Hình 2.23: Nguyên lý cấu tạo của nam châm điện xoay chiều SVTH: Lý Ngọc Hà - 35 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Khi cuộn dây 1 có điện, từ thông được khép kín qua lõi thép và phần ứng. Do có cực từ trái dấu, phần ứng được hút vào trong lõi cuộn dây, khoảng cách δ giảm. Khi nắp 3 được đậy khít trên lõi 2 lực hút lớn nhất và dòng điện qua cuộn dây giảm nhỏ. Vì vậy phần ứng phải được làm để dể chuyển động. Nếu phần ứng bị kẹt sẽ làm cháy cuộn dây. Để chống rung, người ta dặt trên mặt phần ứng 1 vòng ngắn mạch 4. 4.2.2.2. Nam châm điện một chiều Có cấu tạo như nam châm điện xoay chiều như chỉ khác là trên mạch từ không có vòng chống rung. 4.3 Một số ứng dụng của nam châm điện 4.3.1 Khớp ly hợp điện từ Dùng để thay đổi tốc độ, truyền mô men quay, đổi chiều quay của máy sản xuất khi động cơ chỉ quay theo một chiều. Khớp ly hợp điện từ là cơ cấu giúp quá trình truyền lực từ trục này sang lực khác bằng lực điện từ. Khớp ly hợp điện từ có:  Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát.  Khớp ly hợp điện từ kiểu bám.  Khớp ly hợp điện từ kiểu từ trễ. 4.3.2 Bàn nam châm điện Nhằm giảm bớt công suất, thời gian gá lắp chi tiết khi gia công bằng vật liệu sắt từ, trên một số máy công cụ người ta dùng bàn nam châm điện. Đây là một hệ thống nam châm điện một chiều không có nắp, nắp là vật liệu gia công. Lực giữ chi tiết sẽ càng lớn khi chi tiết được đặt trên càng nhiều lực từ. Đặc điểm:  Khi gá không cần thiết bị phụ, gá một lúc nhiều chi tiết.  Chi tiết gá không bị biến dạng bởi lực gá nên có thể đạt độ chính xác cao.  Lực giữ phụ thuộc nhiều vào độ sạch bề mặt của bàn.  Các chi tiết khi gá để gia công xong bị nhiễm từ do đó cần khử từ dư. SVTH: Lý Ngọc Hà - 36 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 4.3.3.1.Van điện từ Dùng để đóng mở các ống dẫn chất lỏng hoặc chất khí. Phần động của nam châm gắn với cơ cấu làm việc của van. Khi đưa điện vào cuộn dây nam châm điện, lực hút điện từ sẽ làm van đóng hoặc mở. Cần thiết kế sao cho áp lực của chất lỏng được dẫn cùng chiều lực điện từ để điều khiển van được dễ dàng. 4.3.3.2. Phanh hãm điện từ Phanh hãm điện từ là cơ cấu điện từ dùng để hãm các thiết bị đang quay. Đó là bộ phận không thể thiếu của cần cẩu, thang máy hay tàu điện. Thông thường nhất là loại phanh hãm bằng má và bằng đai, ở các loại này lực hãm và nhả được khuếch đại qua hệ thống đòn bẫy. 4.3.4.Nam châm điện phân ly Nam châm điện phân ly là cơ cấu điện từ dùng để lọc bụi sắt, thép vụn từ các băng tải thải rác trong các hầm mỏ. Cấu tạo: Trên mạch từ hình trống có rãnh bên trong đặt các cuộn dây được giữ chặt bằng các nêm phi từ tính, nhờ lực hút của nam châm điện, bụi sắt sẽ được đổ ra một nơi. Nam châm điện phân ly là nam châm điện một chiều, chiều thứ tự các cuộn dây phải đấu sao cho mỗi răng của mạch từ tạo thành một cực từ, để đưa điện áp vào cuộn dây cần hệ thống vành trượt, chổi than vì nam châm điện quay. TÓM LẠI: Với sự phát triển của ngành công nghiệp điện năng các thiết bị điện dân dụng, điện công nghiệp cũng như các khí cụ điện được sử dụng ngày càng tăng lên không ngừng. Chất lượng của các khí cụ điện cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công nghệ mới. Vì vậy đòi hỏi người làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong các nghề điện phải hiểu rõ về các yêu cầu, nắm vững cơ sở lý thuyết khí cụ điện. Đặc biệt là sự phát sinh hồ quang làm hỏng các khí cụ điện. SVTH: Lý Ngọc Hà - 37 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Nội dung chương này nhằm trang bị những kiến thức cơ bản và cần thiết về cơ sở lý thuyết vật lý để nghiên cứu hiện tượng phát sinh hồ quang và lực điện từ sinh ra trong khí cụ điện nhằm có biện pháp dập tắt và ngăn ngừa bảo vệ hiệu quả các bộ phận của KCĐ. SVTH: Lý Ngọc Hà - 38 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  PHẦN II: CÁC LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN CHƯƠNG 3: CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG 1. CẦU DAO: 1.1. Khái quát và công dụng: Cầu dao là một loại khí cụ điện hạ áp được sử dụng để đóng cắt hoặc đổi nối sơ đồ kết dây của mạch điện thao tác trực tiếp bằng tay. Khi đóng ngắt mạch điện, cần đảm bảo an toàn cho thiết bị dùng điện, cần có biện pháp dập tắt hồ quang điện, tốc độ di chuyển lưỡi dao càng nhanh thì hồ quang kéo dài nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn. Do đó khi đóng ngắt mạch điện, cầu dao phải thực hiện một cách dứt khoát. Cầu dao sử dụng trong mạch điện hạ áp thường lắp kèm theo cầu chì để bảo vệ quá tải hay ngắn mạch. Hình 3.1: Hình dáng bên ngoài của cầu dao SVTH: Lý Ngọc Hà - 39 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 1.2. Kí hiệu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại: 1.2.1. Kí hiệu: - Cầu dao không có cầu chì bảo vệ: Một cực Hai cực Ba cực Bốn cực - Cầu dao có cầu chì bảo vệ: Một cực Hai cực Ba cực Bốn cực 1.2.2. Cấu tạo: (hình 3.2) Hình 3.2 : Các bộ phận của cầu dao 3 pha SVTH: Lý Ngọc Hà - 40 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Cấu tạo chính của cầu dao gồm: - Tiếp xúc động: thường là lưỡi dao chính (1) và lưỡi dao phụ (3). - Tiếp xúc tĩnh: ngàm (2). - Hệ thống kẹp lưỡi. - Đế cách điện (5) - Lò xo bật nhanh (4) - Cực đấu dây (6) 1.2.3. Nguyên lý hoạt động: Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi, mạch điện được đóng ngắt. Trong quá trình ngắt, cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên hệ thống kẹp lưỡi. Người sử dụng cần phải kéo lưỡi dao ra khỏi kẹp nhanh để dập tắt hồ quang. Do tốc độ kéo bằng tay không thể nhanh nên người ta làm thêm lưỡi dao phụ, lúc dẫn điện thì lưỡi dao chính và lưỡi dao phụ được kẹp trong ngàm. Khi ngắt điện, tay kéo lưỡi dao chính là trước còn lưỡi dao được kéo căng ra và tới một mức nào đó sẽ bật nhanh kéo lưỡi dao phụ ra khỏi ngàm một cách nhanh chóng. Do đó, hồ quang được kéo nhanh và bị dập tắt trong thời gian ngắn. 1.2.4. Phân loại và lựa chọn cầu dao: 1.2.4.1. Phân loại: Phân loại cầu dao dựa vào các yếu tố sau: - Theo kết cấu. - Cầu dao có tay nắm ở giữa hoặc tay ở bên. - Theo điện áp định mức. - Theo dòng điện định mức. - Theo vật liệu cách điện. - Theo điều kiện bảo vệ. - Theo yêu cầu sử dụng. 1.2.4.2. Lựa chọn cầu dao: - Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức Gọi Itt là dòng điện tính toán của mạch SVTH: Lý Ngọc Hà - 41 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Unguồn là điện áp nguồn của lưới điện  I đmcd  I tt U đmcd  U nguon 2. ÁPTÔMAT (CB: Circuit Breaker, AB: Air Breaker) 2.1. Khái niệm và yêu cầu: 2.1.1. Khái niệm: Áptômat là thiết bị dùng để đóng ngắt dòng điện (1 pha,3 pha), đồng thời bảo vệ thiết bị không bị hư hỏng khi bị ngắn mạch hoặc quá tải, CB sẽ tự động cắt dòng điện ngay lập tức. Khác với loại dùng cầu dao dùng cầu chỉ phải thay mới, CB có thể reset lại (manual hoặc auto). CB nhỏ thường dùng cho gia đình, đối với thiết bị lớn người ta gọi CB là máy cắt. 2.1.2. Yêu cầu: - Chế độ làm việc ở định mức của áptômat phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua áptômat lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác mạch dòng điện của áptômat phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đang đóng. - Áptômat phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn có thể tới vài chục KA. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch áptômat vẫn phải làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức. - Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra áptômat phải có thời gian đóng cắt bé. Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong của áptômat. Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc áptômat phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động. SVTH: Lý Ngọc Hà - 42 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2.2. Kí hiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động : 2.2.1. Kí hiệu: 2.2.2. Cấu tạo: 1. Cần gạt 2. Bộ phận tác động 3. Tiếp điểm 4. Cực nối 5. Lưỡng kim 6. Vít cân chỉnh 7. Cuộn hút 8. Bộ dập hồ quang Hình 3.3: Cấu tạo của một CB hạ thế 2.2.1.1. Tiếp điểm: Áptômat thường được chế tạo có 2 cấp tiếp điểm (chính và hồ quang), hoặc 3 cấp tiếp điểm (chính, phụ và hồ quang). Khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang đóng trước tiếp theo là tiếp điểm phụ và sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại tiếp điểm chính mở trước rồi tiếp điểm phụ và sau cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy, hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hỏng tiếp điểm chính. Tiếp điểm thường được làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như: Ag W, Cu - W, Cu - Ni v.v... SVTH: Lý Ngọc Hà - 43 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2.2.1.2. Bộ dập hồ quang: Để áptômat dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện người ta thường dùng 2 kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở. + Kiểu nửa kín: Được đặt trong vỏ kín của áptômat có lỗ thoát khí. Loại này có dòng giới hạn cắt không quá 50 KA. + Kiểu hở: Được dùng khi dòng điện cắt lớn hơn 50 KA hoặc điện áp lớn hơn 1kV. Trong buồng dập hồ quang thông thường người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang. 2.2.1.3. Cơ cấu truyền động cắt: Có 2 cách - Bằng tay: Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A.. - Bằng điện từ: Điều khiển bằng bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng với các CB có dòng điện không lớn hơn (đến 1000A). 2.2.1.4. Móc bảo vệ: CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ gọi là móc bảo vệ, có 4 loại: - Móc bảo vệ quá dòng điện. - Móc kiểu điện từ. - Móc kiểu rơle nhiệt. - Móc bảo vệ sụt áp. 2.2.2. Nguyên lý hoạt động: Lúc mạng điện bình thường, các chi tiết ở vị trí như hình vẽ, mạch được đóng kín. + Khi mạch bị ngắn mạch (hoặc quá tải), dòng điện tăng cao nên rơ le dòng điện (5) sẽ hút lá sắt non (8) làm tay đòn (4) tác động vào cần răng (3) làm nhả móc (2). Dưới lực kéo của lò xo (11) bộ phận tiếp xúc sẽ mở ra và mạch bị cắt. + Tương tự khi sụt áp, rơ le điện áp (6) sẽ nhả lá sắt non (9). Dưới lực kéo của lò xo (10) lá sắt non đẩy tay đòn tác động vào cần răng và móc (2) cũng bị nhả, mạch điện cũng bị cắt. SVTH: Lý Ngọc Hà - 44 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 7 3 4 2 10 1 9 11 5 6 8 Hình 3.4: Nguyên lý cấu tạo 1. Bộ phận tiếp xúc 2. Móc răng 3. Cần răng 4. Tay đòn 5. Rơ le dòng điện 6. Rơ le điện áp 7. Trục quay 8, 9. Lá sắt non 10,11. Lò xo 2.3. Phân loại, các thông số định mức và cách lựa chọn CB: 2.3.1. Phân loại: - Theo kết cấu: Loại 1 cực , 2 cực và 3 cực - Theo thời gian thao tác: Loại tác động không tức thời và tác động tức thời. - Theo công dụng bảo vệ: Loại CB cực đại theo dòng điện, CB cực tiểu theo điện áp, CB dòng điện ngược,… 2.3.2. Các thông số định mức: - Dòng tác động bảo vệ quá tải Ir (A): Là giá trị dòng ngưỡng tác động của rơle nhiệt trong CB. - Dòng tác động bảo vệ ngắn mạch Im(A): Là giá trị dòng ngưỡng tác động cắt nhanh của cuộn dây điện từ trong CB. - Khả năng cắt ngắn mạch Icu (A): Là giá trị lớn nhất của dòng ngắn mạch mà CB có thể cắt được mà không bị hư hỏng. - Dòng điện định mức In (A): Là giá trị dòng điện liên tục lớn nhất cho phép qua CB ở nhiệt độ môi trường nhất định mà bộ phận bảo vệ quá dòng không tác động và nhiệt độ các bộ phận mang điện không vượt quá giới hạn cho phép. - Điện áp định mức Uđm (V): Là giá trị điện áp mà thiết bị có thể vận hành trong điều kiện bình thường. SVTH: Lý Ngọc Hà - 45 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Đặc tuyến A-s (Ampere-giây): Là đường biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện qua CB và thời gian ngắn mạch của CB. t (s) Ir ICu Im I(A) Hình 3.5: Đặc tuyến A-s của CB 2.3.3. Cách lựa chọn: Việc lựa chọn áptômat chủ yếu dựa vào: + Dòng điện tính toán đi trong mạch. + Dòng điện quá tải. + Điện áp mạng. + Tính thao tác có chọn lọc. Ngoài ra, lựa chọn áptômat còn phải căn cứ vào tính chất làm việc của phụ tải là áptômat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động dòng điện đỉnh của phụ tải. -Yêu cầu chung đối với dòng điện là dòng điện định mức của móc bảo vệ ICB không được bé hơn dòng điện tính toán Itt của mạch. Ucb  Umạng. I cb  I tt . Tùy theo đặc tính của phụ tải ta chọn dòng điện định mức bảo vệ bằng 125%, 150% hay lớn hơn với dòng điện tính toán mạch. SVTH: Lý Ngọc Hà - 46 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Sau cùng áptômat được chọn theo các số liệu kỹ thuật đã cho của nhà chế tạo. Áptômat được chọn theo các tiêu chuẩn sau: - Số cực. - Điện áp vận hành. - Dòng điện vận hành. - Tần số. - Dung lượng cắt. - Loaị mạch điện bảo vệ (đặc tính cắt). - Các chức năng phụ. 3. CẦU CHÌ: 3.1. Khái niệm và công dụng: Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự cố ngắn mạch thường dùng để bảo vệ cho đường dây, máy biến áp, động cơ điện, mạng điện gia đình,… Cầu chì có đặc điểm đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ. Trường hợp mạch điện bị quá tải lớn và dài hạn cầu chì cũng tác động, nhưng không nên phát huy tính năng này của cầu chì, vì khi đó thiết bị sẽ bị giảm tuổi thọ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đường dây. 3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: 3.2.1. Cấu tạo: Cầu chì bao gồm các thành phần sau: - Phần tử ngắt mạch: Đây chính là thành phần chính cầu chì, phần này có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua nó. - Thân cầu chì: Thường bằng thủy tinh, sứ gốm hay các vật liệu khác tương đương. Vật liệu tạo thành thân cầu chì phải đảo bảo hai tính chất: + Có độ bền cơ khí. + Có độ bền về điều kiện dẫn nhiệt và chịu được sự thay đổi nhiệt đột ngột mà không hư hỏng. SVTH: Lý Ngọc Hà - 47 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Vật liệu lấp đầy (bao bọc quanh phần tử ngắt mạch trong thân cầu chì): Thường làm bằng Silicat ở dạng hạt, có khả năng ngưng hấp thụ năng lượng sinh ra do hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch. - Các đấu nối: Dùng định vị cố định cầu chì trên thiết bị đóng ngắt và đảm bảo tính tiếp xúc điện tốt. 3.2.2. Nguyên lý hoạt động: Cầu chì tác động theo nguyên tắc dựa vào hiệu ứng nhiệt của dòng điện. Dòng điện trong mạch đi qua dây chảy sẽ làm dây nóng chảy theo định luật Joule-Lenz. Khi thiết bị điện hoặc mạng điện phía sau cầu chì bị ngắn mạch hoặc quá tải lớn, dòng điện chạy qua dây chảy cầu chì sẽ lớn hơn dòng điện định mức làm cho dây chảy bị đốt nóng chảy, do đó dây chảy bị đứt, cho nên phần lưới điện bị ngắn mạch được tách ra khỏi hệ thống. 3.2.3. Đặc tính Ampe - giây của cầu chì t 3 2 A 1 B I Igh Hình 3.7: Đường đặc tính Ampe - giây 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 đặc tính Ampe-giây của cầu chì (đường 2) tại mọi điểm phải thấp hơn đường đặc tính của đối tượng được bảo vệ (đường 1). Đường đặc tính thực tế của cầu chì là (đường 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. Trong thực tế khi quá tải (1,5  2) Iđm sự phát nóng của cầu chì SVTH: Lý Ngọc Hà - 48 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn xảy ra chậm và phần lớn nhiệt lượng đều toả ra môi trường chung quanh. Do đó, cầu chì không bảo vệ được quá tải nhỏ. 3.3. Kí hiệu và phân loại: 3.3.1. Kí hiệu: 3.3.2. Phân loại: Cầu chì có thể phân làm hai loại cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ: + Cầu chì loại g: Có khả năng ngắt mạch khi có sự cố hay quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải. + Cầu chì loại a: Có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải. Muốn phân biệt nhiệm vụ làm việc của cầu chì, ta căn cứ vào đặc tuyến Ampegiây ( là đường mô tả mối quan hệ giữa dòng điện qua cầu chì và thời gian ngắn mạch của cầu chì). 4. THIẾT BỊ CHỐNG DÒNG ĐIỆN RÒ: 4.1 Khái niệm: Khi thiết bị điện bị hư hỏng rò điện, chạm mát mà người sử dụng tiếp xúc vào sẽ nhận dòng điện đi qua người xuống đất ở điện áp nguồn. Trong trường hợp này, CB và cầu chì không thể tác động ngắt nguồn điện với thiết bị, gây nguy hiểm cho người sử dụng. Nếu trong mạch điện có sử dụng thiết bị chống rò diện thì người sử dụng tránh được tai nạn do thiết bị này ngắt mạch ngay khi dòng điện rò xuất hiện. Áptômat và cầu dao có bảo vệ so lệch sẽ cho phép ta tránh được tai nạn đó vì áptômat hay cầu dao loại này sẽ cắt ngay khi có dòng điện rò. 4.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Thiết bị chống dòng điện rò hoạt động dựa trên nguyên lý bảo vệ so lệch, thực hiện trên cơ sở cân bằng giữa tổng dòng điện vào và tổng dòng điện đi ra thiết bị tiêu thụ điện. Khi thiết bị tiêu thụ điện bị rò điện, một phần của dòng điện rẽ nhánh xuống đất, đó là dòng điện rò. Khi có dòng điện về theo đường dây trung tính rất SVTH: Lý Ngọc Hà - 49 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn nhỏ và rơle so lệch sẽ tìm sự mất cân bằng này và điều khiển cắt mạch điện nhờ thiết bị bảo vệ so lệch. 4.2.1. Áptômat so lệch: loại DDR (Disjoncteur courant Differentiel Residuel) Cấu tạo gồm hai phần tử chính: - Mạch điện từ ở dạng hình xuyến mà trên đó được quấn các cuộn dây của phần công suất (dây có tiết diện lớn), chịu dòng cung cấp cho thiết bị tiêu thụ điện. - Rơle mở mạch cung cấp được điều khiển bởi cuộn dây đo lường (dây có tiết diện bé), cũng được đặt trên hình xuyến này, nó có tác động ngắt các cực. L N Test 1 2 Test Hình 3.8: Cấu tạo Áptômat so lệch (DDR) 1. Đo lường sự cân bằng 2. Cơ cấu nhả 3. Mạch từ hình xuyến R 3 I1 PE Isc I2 4 In RG 4.2.2. Cầu dao so lệch: Là loại cầu dao cũng chỉ có cuộn dây để phát hiện dòng so lệch mà thôi, người ta còn gọi nó là cầu dao bảo vệ so lệch hay ID. Nó chỉ có nhiệm vụ duy nhất là bảo vệ an toàn điện khi có hiện tượng rò điện hay chạm điện vỏ thiết bị. Nó sẽ tác động ở dòng điện nhỏ hơn nhiều so với áptômat so lệch (DDR). SVTH: Lý Ngọc Hà - 50 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 4.2.3. Thiết bị chống dòng điện rò RCCB: (Residual Current Circuit Breaker) Cấu tạo gồm có: 1. Biến dòng. 2. Cuộn tác động. 3. Cơ cấu đóng cắt. F 1 F 4 3 4. Hệ thống tiếp điểm. 2 Hình 3.9: Nguyên tắc cấu tạo của RCCB Thiết bị bảo vệ chống dòng điện rò có nhiều chủng loại: RCCB, DDR, ID và RCD…Có nhiều thông số khác nhau để lựa chọn. Tùy theo đặc điểm tính chất và yêu cầu của mạng điện cần bảo vệ mà lựa chọn thiết bị sao cho bảo đảm cung cấp nguồn liên tục, nếu có sự cố xảy ra thì phạm vi bị tác động mất nguồn là nhỏ nhất. Các cơ sở chọn lựa như sau: + Đảm bảo cắt có chọn lọc: Khi một thiết bị bảo vệ chống dòng điện rò được sử dụng ở đầu vào như một thiết bị tổng và tại các nhánh tiếp theo đó có nhiều loại thiết bị bảo vệ chống dòng điện rò với độ nhạy khác nhau. Khi đó tính đóng cắt có chọn lọc trở thành đặc tính quan trọng nhất để tránh cắt nhầm. + Chọn lọc theo dòng tác động: X X X 10mA 30mA Nhà trẻ X 300mA Công cộng Nhà máy Hình 3.10: Chọn lọc theo dòng tác động các thiết bị chống dòng rò SVTH: Lý Ngọc Hà - 51 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 4.2.4. Công tắc bảo vệ FI: Trong hệ thống điện có sử dụng dây trung tính, luôn có khả năng dòng điện chạy từ dây dẫn xuống đất và sau đó trở về nguồn. Dòng điện rò xuống đất này thường do một số loại sự cố gây ra và được gọi là dòng chạm đất. Dòng điện chạm đất rất nguy hiểm và thậm chí có thể gây chết người, tùy thuộc vào độ lớn của dòng điện và môi trường xung quanh. Hậu quả do thời gian chạm đất khá lâu trong hệ thống điện nội thất có thể gây rủi ro về hỏa hoạn và điện giật. Không có cách nào ngăn chặn sự xuất hiện dòng điện chạm đất này song có thể cách ly mạch rò ra khỏi nguồn một cách nhanh chóng bằng một thiết bị chống rò (công tắc FI, RCCB, áptômat vi sai). Hình 3.11: Hình dáng bên ngoài công tắc FI  Nguyên lý của công tắc FI: Trong bộ biến đổi, dòng điện trong các dây pha và dây trung tính được so sánh với nhau như hình vẽ. Sự sai lệch giữa hai thành phần này nếu có, ví dụ lớn hơn 30mA (tùy theo điều kiện thiết bị). Vì một phần dòng điện rò chạy trên dây bảo vệ hoặc dây nối đất mà không chạy qua bộ biến đổi dòng tổng, vì vậy công tắc bảo vệ FI sẽ làm ngưng hoạt động của thiết bị. Nếu so sánh trong tất cả các phương pháp bảo vệ thì thiết bị bảo vệ FI có độ an toàn lớn nhất. SVTH: Lý Ngọc Hà - 52 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Hình 3.12: Sơ đồ cấu tạo của công tắc FI TÓM LẠI: Việc tìm hiểu về lý thuyết cũng như thực hành tìm hiểu kết cấu, ứng dụng các hiệu ứng nhiệt của dòng điện và hiệu ứng điện từ, tính toán chọn lựa đến việc sử dụng, vận hành cho an toàn đạt được tuổi thọ đề ra của nhà thiết kế và sản xuất là rất cần thiết để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng trong sử dụng. Nội dung chương này nhằm trang bị những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điện đóng, cắt thường được sử dụng trong mạng điện hạ thế, trung thế và trong các doanh nghiệp công nghiệp, trang bị cho ta về kỹ năng lựa chọn được các khí cụ điện để sử dụng cho từng trường hợp cụ thể theo tiêu chuẩn Việt Nam, biết cách kiểm tra, phát hiện và sửa chữa lỗi các khí cụ điện đóng, cắt theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. SVTH: Lý Ngọc Hà - 53 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  Chương 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY 1. CÔNG TẮC: 1.1. Khái niệm và công dụng: Công tắc là khí cụ điện đóng cắt dòng điện bằng tay, dùng để ngắt dòng điện có công suất bé. Thường có hộp bảo vệ để tránh sự phóng điện khi đóng mở. Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì thao tác ngắt nhanh và dứt khoát hơn cầu dao. Một số kí hiệu công tắc thường gặp: Tiếp điểm thường hở Tiếp điểm thường đóng Công tắc hành trình Công tắc 3 pha Công tắc 3 pha 2 ngã 1.2. Phân loại và cấu tạo: 1.2.1. Cấu tạo: Công tắc có: phần chính là tiếp điểm đóng mở được gắn trên đế nhựa và có lò xo để thao tác chính xác. 1.2.2. Phân loại: Phân loại theo công dụng làm việc: - Công tắc đóng ngắt trực tiếp. - Công tắc chuyển mạch. - Công tắc hành trình và cuối hành trình. 1.3. Các yêu cầu thử của công tắc: Để kiểm tra chất lượng công tắc phải thử các bước sau: - Thử xuyên thủng. - Thử cách điện. - Thử phát nóng. - Thử công suất cắt. SVTH: Lý Ngọc Hà - 54 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Thử độ bền cơ khí. - Thử nhiệt độ đối với các chi tiết cách điện. 2. NÚT NHẤN: Hình 4.1: Hình dáng bên ngoài của nút ấn 2.1. Khái quát, công dụng, kí hiệu: Nút nhấn (hay nút bấm, nút điều khiển) dùng để đóng ngắt các thiết bị điện từ khác nhau. Nút nhấn thông dụng để khởi động, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng ngắt các cuộn dây của contactor nối cho động cơ. Kí hiệu: Nút nhấn đơn (1 tầng tiếp điểm) Nút nhấn kép (2 tầng tiếp điểm) 2.2. Phân loại và cấu tạo: 2.2.1. Cấu tạo: Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở - thường đóng và vỏ bảo vệ. SVTH: Lý Ngọc Hà - 55 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái: khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu. 2.2.2. Phân loại: Nút nhấn được phân loại theo các yếu tố sau:  Theo chức năng trạng thái làm việc của nút nhấn, có các loại: Nút nhấn đơn và nút nhấn kép.  Theo hình dạng bên ngoài, có các loại: - Loại hở. - Loại bảo vệ. - Loại bảo vệ chống nước và chống bụi. - Loại bảo vệ khỏi nổ.  Theo yêu cầu điều khiển, có các loại: một nút, hai nút , ba nút.  Theo kết cấu bên trong, có các loại: - Nút nhấn loại có đèn báo. - Nút nhấn loại không có đèn báo. 3. BỘ KHỐNG CHẾ. 3.1 Khái quát và công dụng. Bộ khống chế là thiết bị chuyển đổi mạch điện bằng tay gạt hoặc vô lăng điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp từ xa, thực hiện chuyển đổi mạch điện phức tạp để điều khiển khởi động, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều quay, hãm,....các máy điện và thiết bị điện. Bộ khống chế được chia làm bộ khống chế động lực để điều khiển trực tiếp, bộ khống chế chỉ huy để điều khiển gián tiếp.  Bộ khống chế động lực: Để điều khiển trực tiếp động cơ công suất bé và trung bình ở các chế độ làm việc khác nhau để đơn giản thao tác cho người vận hành.  Bộ khống chế chỉ huy: Được dùng để điều khiển gián tiếp các động cơ điện có công suất lớn chuyển đổi mạch điều khiển các cuộn dây hút của công tắc tơ, khởi động từ. Đôi khi nó cũng được dùng để đóng ngắt trực tiếp các động cơ điện công suất bé, nam châm điện và các thiết bị điện khác. Bộ khống chế chỉ huy có thể được truyền động bằng tay hoặc động cơ chấp hành. SVTH: Lý Ngọc Hà - 56 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Về nguyên lý, bộ khống chế chỉ huy không khác gì bộ khống chế động lực mà nó chỉ có hệ thống tiếp điểm bé, nhẹ, nhỏ hơn và sử dụng ở mạch điều khiển. 3.2. Phân loại và cấu tạo. 3.2.1 Phân loại.  Theo kết cấu có: Bộ khống chế hình trống và bộ khống chế hình cam.  Theo nguyên lý làm việc có: Bộ khống chế điện xoay chiều và bộ khống chế điện một chiều. 3.2.2 Cấu tạo. 3.2.2.1 Bộ khống chế hình trống. Trong đó: 1. Trục quay được bọc cách điện. 2. Vành trượt bằng đồng. 3. Các tiếp xúc tĩnh. 4. Trục cố định được bọc cách điện. Hình 4 .2: Bộ khống chế hình trống Trên trục quay 1 người ta bắt chặt các đoạn vành trượt bằng đồng 2 có cung dài làm việc khác nhau. Các đoạn này được dùng làm các vành tiếp xúc động, sắp xếp ở các góc độ khác nhau. Một vài đoạn vành trượt được nối điện sẵn với nhau ở bên trong. Các tiếp xúc tĩnh 3 có lo xo đàn hồi (còn gọi là chổi tiếp xúc) kẹp chặt trên trục cố định 4, mỗi chổi tiếp xúc tương ứng với một đoạn vành trượt ở bộ phận quay. Các chổi tiếp xúc có vành cách điện với nhau và được nối trực tiếp với mạch điện bên ngoài. Khi quay trục 1 các đoạn vành trượt 2 tiếp xúc mặt với các chổi tiếp xúc 3 và do đó thực hiện được chuyển đổi mạch cần thiết trong mạch điều khiển. SVTH: Lý Ngọc Hà - 57 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 3.2.2.2 Bộ khống chế hình cam. Trong đó: 1. Trục quay. 2. Cam. 3. Trục nhỏ có vấu luôn được tỳ vào cam. 4. Tiếp điểm tĩnh. 5. Tiếp điểm động. 6. Lò xo đàn hồi. Hình 4.3: Bộ khống chế hình cam Trên trục 1 người ta bắt chặt hình cam 2. Một trục nhỏ có vấu 3 có lò xo đàn hồi 6 luôn luôn đẩy trục vấu 3 tỳ vào cam. Các tiếp điểm động 5 bắt chặt trên giá của trục 3. Các tiếp điểm tĩnh 4 bắt trên giá cách điện của thành bộ khống chế. Khi quay tay gạt trục 1 quay làm xoay hình cam 2, do đó trục nhỏ có vấu 3 sẽ khớp vào phần lõm hoặc phần lồi của cam làm đóng hoặc mở các bộ tiếp điểm 4 và 5. 4. ĐIỆN TRỞ VÀ BIẾN TRỞ. 4.1 Khái quát và công dụng. Điện trở và biến trở dung để hạn chế và điều chỉnh dòng điện trong mạch. 4.1.1 Điện trở. Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động trong một mạch điện, hiệu điện thế giữa hai đầu của nó tỉ lệ với cường độ dòng điện qua nó theo định luật Ohm: U = I.R - Cách đọc điện trở SVTH: Lý Ngọc Hà - 58 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Trong hình: Điện trở ở vị trí bên trái có giá trị được tính như sau: R = 45 × 102 Ω = 4,5 KΩ. Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với 5, và đỏ tưong ứng với giá trị số mũ 2. Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màu kim loại vàng. Điện trở ở vị trí giữa có giá trị được tính như sau: R = 380 × 103 Ω = 380 KΩ. Bởi vì cam tương ứng với 3, xám tương ứng với 8, đen tương ứng với 0, và cam tương ứng với giá trị số mũ 3. Vòng cuối cho biết giá trị sai số là 2% ứng với màu đỏ. Điện trở ở vị trí bên phải có giá trị được tính như sau: R = 527 × 104 Ω = 5270 KΩ. 4.1.1.1.Phân loại theo chức năng.  Điện trở mở máy: Để hạn chế dòng điện khi mở máy, động cơ điện có công suất trung bình và lớn.  Điện trở điều chỉnh: Để điều chỉnh dòng kích thích hay dòng phần ứng để thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều.  Điện trở hãm: Để hạn chế dòng điện khi hãm động cơ. SVTH: Lý Ngọc Hà - 59 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  Điện trở phóng điện: Để giảm điện áp của cuộn dây, giảm hồ quang ở tiếp điểm, dập năng lượng từ trường dư khi ngắt mạch nam châm điện. Điện trở phóng điện được mắc song song với cuộn dây hay tiếp điểm.  Điện trở phụ tải: làm phụ tải cho máy phát, để đốt nóng các lò điện.  Điện trở nối đất: nối từ điểm trung tính máy phát hay máy biến thế với đất. 4.1.1.2.Phân loại theo nguyên liệu làm biến trở. - Điện trở kim loại. - Điện trở nước. - Điện trở than. - Điện trở gốm… 4.1.1.3 Kí hiệu điện trở. 4.1.2.Biến trở: Là loại thiết bị điện có thể thay đổi được trị số điện trở. 4.1.2.1..Phân loại theo cách gọi. - Biến trở máy. - Biến trở điều chỉnh. - Biến trở phụ tải. - Biến trở kích thích. 4.1.2.2.Phân loại theo cách làm nguội. - Biến trở không khí và biến trở dầu. 4.1.2.3.Ký hiệu biến trở. Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau: SVTH: Lý Ngọc Hà - 60 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn TÓM LẠI Việc tìm hiểu về lý thuyết cũng như thực hành tìm hiểu kết cấu, tính toán chọn lựa đến việc sử dụng, vận hành cho phù hợp với chức năng của khí cụ điện để cắt điện khi cần thiết. Nội dung chương này nhằm trang bị những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điện đóng, cắt bằng tay thường sử dụng trong công nghiệp và mạng điện gia đình nhằm sử dụng có hiệu quả cao và đáp ứng khi cần sử dụng. SVTH: Lý Ngọc Hà - 61 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  Chương V: KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN MẠCH ĐIỆN 1. CONTACTOR: Hình 5.1: Hình dáng ngoài của công tắc tơ 1.1 Khái niệm: Contactor là một loại khí cụ điện đóng cắt hạ áp dùng để khống chế tự động và điều khiển từ xa các thiết bị điện có điện áp 500V và dòng điện 600A với sự hỗ trợ của nút ấn. Phân loại contactor tùy theo các đặc điểm sau: - Theo nguyên lý truyền động có công tắc tơ: điện từ, khí ép, thủy lực (thông dụng là kiểu điện từ). - Theo nguyên lý dòng điện có công tắc tơ: một chiều, xoay chiều. SVTH: Lý Ngọc Hà - 62 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 1.2. Kí hiệu, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. 1.2.1. Kí hiệu K1 Cuộn dây K12 Cặp tiếp điểm phụ K13 K11 Tiếp điểm chính 1.2.2. Cấu tạo: Các cực đấu dây của các tiếp điểm phụ thường đóng Các cực đấu dây của các tiếp điểm phụ thường mở Cực đấu dây của các tiếp điểm chính của công tắc tơ Hai đầu cuộn dây (cuộn hút) Hình 5.2: Hình dáng bên ngoài contactor SVTH: Lý Ngọc Hà - 63 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Vỏ nhựa Cuộn dây (cuộn hút) Mạch từ phần ứng Mạch từ phần cảm Lò xo phản lực Các tiếp điểm chính Các tiếp điểm phụ Hình 5.3: Các bộ phận chính của công tắc tơ Gồm có: cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và phụ). 1.2.2.1. Nam châm điện: Gồm 4 thành phần: - Cuộn dây tạo ra lực hút nam châm. - Lõi sắt (mạch từ) của nam châm gồm 2 phần: Phần cố định và phần nắp di động. Có các dạng EE, EI, CI. - Lò xo phản lực có tác dụng đẩy nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây. SVTH: Lý Ngọc Hà - 64 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 1.2.2.2. Hệ thống dập hồ quang điện: Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần. Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của contactor. 1.2.2.3. Hệ thống tiếp điểm của contactor: - Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lỏi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tùy theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta chia ra thành hai loại: + Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (10A đến vài nghìn A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở, đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của Contactor làm mạch từ Contactor đóng lại. + Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện nhỏ đi qua, dưới 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: thường đóng và thường hở. - Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giửa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong Contactor ở trạng thái nghỉ. Tiếp điểm này hở ra khi Contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường hở. 1.2.3. Nguyên lý hoạt động của Contactor: Sự làm việc của công tắc tơ điện từ dựa trên nguyên tắc lực điện từ, khi ta cung cấp một điện áp U = (85  100)% Uđm vào cuộn dây, nó sẽ sinh ra từ trường, từ trường này sẽ tạo ra lực từ có lực lớn hơn lực kéo lò xo của hệ thống truyền động. Nó sẽ hút lõi sắt phần động để khép kín mạch từ. Hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái. Nếu như ở điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là đóng khi cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ mở ra. Ngược lại, nếu như ở điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là mở thì khi cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ đóng lại. SVTH: Lý Ngọc Hà - 65 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Hình 5.4 : Nguyên lý hoạt động của Contactor một chiều Hình 5.5: Nguyên lý hoạt động của Contactor xoay chiều 1.3. Các thông số cơ bản của contactor: 1.3.1. Điện áp định mức (điện áp đặt vào đầu tiếp điểm chính): Là điện áp định mức của tải (mạch động lực). SVTH: Lý Ngọc Hà - 66 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 1.3.2. Điện áp định mức của cuộn dây (điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây): Đó là điện áp làm việc định mức của cuộn dây contactor, nó được thể hiện ngay trên contactor. Giá trị điện áp này có thể giống và cũng có thể khác giá trị điện áp trên tiếp điểm chính. 1.3.3. Dòng điện định mức: Dòng điện định mức của contactor (Iđm) là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài mà không phá hủy tiếp điểm. Các cấp dòng định mức thông dụng của contactor như sau: (10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 300, 600) Ampe. 1.3.4. Khả năng cắt và khả năng đóng: Là giá trị dòng điện lớn nhất cho phép đi qua tiếp điểm chính khi đóng hoặc cắt contactor, thường tuổi thọ contactor do độ bền cơ khí, độ bền điện quyết định. 1.3.5. Tuổi thọ của contactor: Tuổi thọ của contactor được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở ấy thì contactor sẽ bị hỏng không dùng được. 1.3.6. Tần số thao tác: Là số lần đóng ngắt contactor trong một giờ: Có các cấp: 30,100, 120, 150, 300, 600 1200, 1500 lần/ giờ. 1.3.7. Tính ổn định lực điện động: Tiếp điểm chính của contactor cho phép một dòng điện lớn đi qua mà lực điện động không làm tách rời tiếp điểm thì contactor có tính ổn định lực điện động. 1.3.8. Tính ổn định nhiệt: Contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại. 1.4. Cách lựa chọn: Dựa vào dòng điện định mức của tải và căn cứ vào tính chất của phụ tải làm việc gián đoạn hay liên tục và căn cứ vào dãy dòng điện, điện áp định mức của contactor từ đó ta lựa chọn contactor cho thích hợp: UCTT = Ulưới ; SVTH: Lý Ngọc Hà ICTT  Iđm - 67 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2. RƠLE ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ: 2.1. Khái quát và phân loại: Rơle là một loại khí cụ điện dùng để tự động đóng cắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện.  Các bộ phận chính của Rơle: - Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): có nhiệm vụ trực tiếp nhận tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian. - Cơ cấu trung gian (khối trung gian): làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động. - Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho khối điều khiển. - Các khối trong rơle điện từ: + Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây + Cơ cấu trung gian là mạch từ NCĐ + Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm  Phân loại Rơle - Có nhiều loại rơle với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle. - Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm có nhóm:  Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng,…)  Rơle nhiệt  Rơle từ  Rơle điện từ - bán dẫn, vi mạch  Rơle số SVTH: Lý Ngọc Hà - 68 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Phân theo nguyên lý tác động của cơ cấu khối chấp hành:  Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.  Rơle không tiếp điểm(Rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,… - Phân loại theo đặc tính tham số vào:  Rơle dòng điện.  Rơle điện áp.  Rơle công suất.  Rơle tổng trở. - Phân loại theo cách mắc cơ cấu:  Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.  Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện. - Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle:  Rơle cực đại.  Rơle cực tiểu.  Rơle cực đại – cực tiểu.  Rơle so lệch.  Rơle định hướng. 2.2 Đặc tính và tham số Rơle. 2.2.1 Đặc tính: - Đường biểu diễn quan hệ giữa đại lượng vào x và đầu ra y của rơle được gọi là đặc tính “vào – ra” và còn được gọi là đặc tính cơ bản của rơle. - Nên đặc tính này được gọi là đặc tính của rơle. - Dạng của đặc tính rơle được trình bày như sau: SVTH: Lý Ngọc Hà - 69 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Khi đại lượng đầu vào x thay đổi từ 0 xtđ, thì đại lượng đầu ra y luôn bằng ymin. - Khi đạt tới giá trị tác động x = xtđ đại lượng đầu ra tăng đột ngột đến giá trị ymax. Sau đó dù x tiếp tục tăng đến x1v thì y vẫn giữ nguyên giá trị ymax, tương ứng với quá trình này ta nói rơle đã tác động hay rơle đóng. - Ngược lại, khi đại lượng đầu vào giảm từ giá trị x1v đến trị số nhả xnh đại lượng y = ymax vẫn không đổi. - Khi x = xnh thì y đột ngột giảm từ ymax về ymin dù x tiếp tục không đổi và giảm về 0. Quá trình này ta nói rơle nhả. 2.2.2 Tham số của Rơle - Tỷ số Knh =xnh /xtđ gọi là hệ số nhả của rơle (đôi khi còn được gọi là hệ số trở về). Hệ số Knh luôn nhỏ hơn 1. - Khi Knh lớn, bề mặt rộng của đặc tính rơle x  xtđ  xnh nhỏ, đặc tính rơle dạng này phù hợp với bảo vệ có tính chọn lọc cao sử dụng trong bảo vệ HTĐ. - Khi Knh nhỏ, bề rộng đặc tính x  xtđ  xnh lớn, đặc tính này thích hợp với rơle điều khiển và tự động trong truyền động điện và tự động hoá. - Tỷ số Kdt  xlv gọi là hệ số dự trữ của rơle. Kdt >1 khi Kdt lớn càng đảm bảo xtđ rơle làm việc tin cậy. - Hệ số điều khiển:Tỷ số K đk  Pđk / Ptđ gọi là hệ số điều khiển của rơle.Với:  Pđk: là công suất cực đại trên mạch tải của mạch làm việc, gọi là công suất điều khiển.  Ptđ: là công suất đầu vào cần thiết của Rơle tác động, gọi là công suất tác động. SVTH: Lý Ngọc Hà - 70 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2.3. Một số loại rơle thông dụng: 2.3.1. Rơle điện từ. - Rơle điện từ làm việc trên nguyên lý điện từ. Nếu đặt một vật bằng vật liệu sắt từ (gọi là phần ứng hay nắp từ) trong từ trường do cuộn dây có dòng điện chạy qua sinh ra. - Từ trường này tác dụng lên nắp một lực làm nắp chuyển động. 2.3.1.1. Cấu tạo của rơle điện từ Hình 5.6 : Cấu tạo chung của rơle điện từ 2.3.1.2. Nguyên lý làm việc của rơle điện từ. - Hình 5.7: Nguyên lý cấu tạo rơle điện từ a. Kiểu bản lề; b. Dạng piston SVTH: Lý Ngọc Hà - 71 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn Khi cung cấp điện cho cuộn dây, sẽ tạo từ trường chạy trong mạch từ chính. Lực hút điện từ sinh ra thắng được lực hút lò xo phản lực nắp mạch từ được hút về phía lõi. Ứng với mạch từ 1 chiều – xoay chiều có các rơle 1 chiều – xoay chiều. - Nhận xét về một số rơle điện từ  Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để tăng Kđk .  Một số rơle điện từ thông dụng: rơle trung gian, rơle dòng điện và điện áp, rơle thời gian và điện từ. 2.3.2. Rơle trung gian - Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa là tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng. - Có các loại rơle trung gian một chiều và rơle xoay chiều. 2.3.2.1. Cấu tạo của rơle trung gian 5 1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Nắp mạch từ 4. Lò xo nhã 5. Hệ thống tiếp điểm 3 2 1 4 Hình 5.8: Cấu tạo của Rơle trung gian 2.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian - Khi cấp điện áp bằng giá trị điện áp định mức vào 2 đầu sợi dây của rơle trung gian, lực điện từ hút mạch từ kín lại, hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này (tiếp điểm này thường đóng hở ra, tiếp điểm thường hở đóng lại). Khi ngưng cấp nguồn, mạch từ hở. Hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban đầu. SVTH: Lý Ngọc Hà - 72 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2.3.3. Rơle tín hiệu - Rơle tín hiệu được sử dụng trong mạch điện một chiều của các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện để chỉ rõ rơle và các thiết bị bảo vệ khác đã tác động. 2.3.3.1. Cấu tạo rơle tín hiệu 1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Khớp giữ 4. Nắp hút 5. Cờ 6. Lỗ quan sát 7. Tiếp điểm động 8. Tiếp điểm tĩnh 9. Lò xo Hình 5.9 Rơle tín hiệu 2.3.3.2. Nguyên lý làm việc - Ở trạng thái bình thường (không có sự cố), cuộn dây 2 của rơle không có dòng điện. Khi có sự cố, các thiết bị bảo vệ tác động, đồng thời tín hiệu truyền đến sợi dây 2, lực điện từ hút nắp 4 làm nhả khớp 3, cờ 5 rơi xuống vị trí thẳng đứng, đồng thời đuôi cờ gạt tiếp điểm động 7 làm tiếp điểm 7 đóng vào tiếp điểm tĩnh 8. Lúc này người vận hành nhìn qua lỗ quan sát 6 trên nắp rơle, thấy màu của cờ, biết rơle đã tác động. Sau khi khắc phục sự cố, cuộn dây 2 mất điện. Muốn đưa cờ về vị trí ban đầu thì phải quay núm phục hồi trên nắp rơle, và tiếp điểm 7-8 lại trở về trạng thái mở. 2.3.4. Rơle dòng điện cực đại. 2.3.4.1. Khái niệm chung về rơle dòng điện cực đại. - Rơle dòng điện cực đại điện từ dùng trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện và thiết bị riêng lẻ như : động cơ điện, máy biến áp công suất lớn. 2.3.4.2. Nguyên lý làm việc của rơle dòng điện cực đại SVTH: Lý Ngọc Hà - 73 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn - Khi dòng điện động cơ tăng lớn đến trị số tác động của rơle, lực hút nam châm thắng lực cản lò xo làm mở tiếp điểm của nó, ngắt mạch điện điều khiển qua công tắc tơ K, mở các tiếp điểm của nó tách động cơ ra khỏi lưới. Hình 5.10: a) Cấu tạo của rơle dòng điện; b) Kí hiệu rơle dòng điện; c) Kí hiệu rơle điện áp 2.3.5. Rơle nhiệt. 2.3.5.1. Khái niệm chung về rơle nhiệt. - Rơle nhiệt là một thiết bị dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ,… - Rơle nhiệt không tác động nhất thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải cần thời gian để phát nóng. - Thời gian làm việc từ khoảng vài giây [s] đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch được. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chảy. SVTH: Lý Ngọc Hà - 74 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2.3.5.2. Cấu tạo của rơle nhiệt Trong đó: 1 1: Phần tử đốt nóng 2: Tiếp điểm thường đóng 3: Băng kép kim loại 3 4 4: Đòn xoay 5 5: Lò xo đòn xoay 6: Nút ấn phục hồi 6 2 Hình 5.11: Cấu tạo của rơle nhiệt 2.3.5.3. Nguyên lý làm việc - Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt làm giãn nở phiến kim loại kép. Phiến kim loại kép gồm 2 lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau (hệ số giãn nở hơn kém nhau 20 lần) ghép chặt với nhau thành một phiến bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi có dòng điện quá tải đi qua phiến kim loại được đốt nóng, uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé. Đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ. Để rơle nhiệt làm việc trở lại, phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần reset của rơle nhiệt. SVTH: Lý Ngọc Hà - 75 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn 2.3.6 Rơle thời gian. Hình 5.12 Hình dáng bên ngoài của Rơle thời gian 2.3.6.1. Khái niệm chung và phân loại rơle thời gian. Khái niệm: Rơle thời gian là một khí cụ điện dung trong lĩnh vực điều khiển tự động, với vai trò điểu khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước. Rơle thời gian bao gồm: mạch từ của nam châm điện, bộ định thời gian làm bằng linh kiện điện tử, hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ ([...]... vùng nhiệt đới khí hậu nóng ẩm, loại làm việc ở vùng ôn đới, có loại chống được khí cháy nổ, loại chịu rung động… 3.1.5 Phân loại theo cấp điện áp: - Khí cụ điện hạ áp có điện áp dưới 3 kV - Khí cụ điện trung áp có điện áp từ 3 kV đến 36 kV - Khí cụ điện cao áp có điện áp từ 36 kV đến nhỏ hơn 400 kV - Khí cụ điện siêu cao áp có điện áp từ 400 kV trở lên 3.2 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện: Để đảm... Lý Ngọc Hà - 4 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn PHẦN NỘI DUNG  PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN CHƯƠNG 1: PHÁT NÓNG KHÍ CỤ ĐIỆN 1 KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN: Khí cụ điện (KCĐ) là thiết bị điện dùng để : đóng cắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều khiển, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong trường hợp có sự cố Khí cụ điện có rất nhiều... thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp điều kiện khí hậu nhiệt đới của ta là nhiệm vụ quan trọng cần thiết đối với thợ điện, học sinh sinh viên chuyên ngành điện hiện nay 3 PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN: 3.1 Phân loại khí cụ điện: 3.1.1.Phân loại theo công dụng: - Nhóm KCĐ khống chế: Dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các máy phát điện, động cơ điện (như cầu... ứng dụng khí cụ điện trong cuộc sống hằng ngày, cũng như việc phục vụ việc dạy học sau này 1.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài: - Tìm hiểu những đặc điểm cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, tính chất của khí cụ điện - Tìm hiểu về đặc tính vật lý và những ứng dụng của khí cụ điện thông qua đó khảo sát tìm hiểu một số sơ đồ mạch điện đặc biệt để ứng dụng trong khí cụ điện 1.2 Giới hạn của đề tài: - Chỉ tìm... dụng khí cụ điện ngày càng được đòi hỏi nhiều hơn, SVTH: Lý Ngọc Hà - 1 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn chất lượng tốt hơn và luôn đổi mới trong công nghệ Chính vì vậy, tôi đã quyết định chọn đề tài: Khí cụ điện để có cơ hội tìm hiểu kĩ hơn những đặc điểm, tính chất vật lý ứng dụng trong khí cụ điện, ở đây tôi chỉ nghiên cứu khí cụ điện dưới góc độ vật lý và những ứng dụng khí. .. cách điện sẽ sinh ra tổn hao điện môi 4.3 Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện: - Tổn thất điện năng trong khí cụ điện được tính: t Q   i 2 R t (1.1) 0 Trong đó: Q: Điện năng tổn thất (J) i: Dòng điện trong mạch (A) R: Điện trở của khí cụ (  ) t: Thời gian có dòng điện chạy qua (s) - Đối với dây dẫn đồng chất R o (1  . dm ).l s o Trong đó:  0 : Điện trở suất của vật liệu ở 0 C l: Chiều... Hệ số nhiệt độ của điện trở SVTH: Lý Ngọc Hà - 8 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn  đm : Nhiệt độ cho phép ở chế độ định mức S: Tiết diện có dòng điện chạy qua 4.4 Các chế độ phát nóng của khí cụ điện: 4.4.1 Khái niệm: Dòng điện chạy trong vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo 1.1) Nếu nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép, khí cụ điện sẽ mau hỏng, vật liệu cách điện sẽ chóng lão... dòng điện rất lớn, đây là trường hợp sự cố của mạch điện nên cần thiết phải có thiết bị bảo vệ SVTH: Lý Ngọc Hà - 12 - Khí Cụ Điện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: ThS.Lê Văn Nhạn TÓM LẠI: Khí cụ điện bảo vệ các thiết bị điện cũng như không điện trong trường hợp có các sự cố Khí cụ điện phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản khi sử dụng Do đó, khí cụ điện được phân loại theo yêu cầu sử dụng Với sự phát triển của. .. pháp để thực hiện đề tài Khí cụ điện  Phần nội dung: Được chia làm 4 phần lớn:  Phần 1: Trình bày những cơ sở lý thuyết của các khí cụ điện Đây là phần quan trọng nhất Toàn bộ các lý thuyết này là cơ sở để xây dựng, tính toán thiết kế và tìm hiểu đặc tính kết cấu một số khí cụ điện điện sẽ được đề cập ở phần sau  Phần 2: Trình bày nguyên lý, cấu tạo, hoạt động của các loại khí cụ điện hạ áp thường... độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác nhau Có ba chế độ làm việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại 4.4.2 Các chế độ làm việc của khí cụ điện: 4.4.2.1 Chế độ làm việc lâu dài: Khí cụ điện làm việc lâu dài, nhiệt độ trong khí cụ điện bắt đầu tăng và đến nhiệt độ ổn định thì không tăng nữa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh bằng nhiệt khí cụ điện nhận trong