Tìm hiểu về các loại áptômát sử dụng trong cung cấp điện dân dụng và sinh hoạt

Aptomat thường được sử dụng trong các mạch điện áp định mức tới 660V xoay chiều và 330V một chiều, dòng điện định mức tới 660A.. Mặt khác mạch vòng dẫn điện của Áptômát phải chịu được dò

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN

Lớp: K59 Điện-Điện tử( Vũng Áng)

Nhóm: III

Nội dung: Tìm hiểu về các loại áptômát sử dụng

trong cung cấp điện dân dụng và sinh hoạt.

Giáo viên hướng dẫn: Đặng Chí Dũng

Hà Nội, tháng 4 năm 2016

Tìm hiểu về các loại áptômát sử dụng trong cung cấp điện dân

1 Đặt vấn đề:

+)Trong thời buổi công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay các nhà máy

xí nghiệp, các đô thị phát triển, các khu vui chơi…… đã phát triển một cách nhanh chống Với xu thế đó kéo theo sự cần cung cấp năng lượng điện và việc bảo trì cũng như sử dụng các khí cụ để bảo vệ các thiết bị điện một cáchhợp lý

+) Đáp ứng những đòi hòi về an toàn điện ngày càng cao của con người,các nhà sản xuất thiết bị điện đã cho ra đời rất nhiều thiết bị bảo vệ mạng điện dân dụng nhằm đảm bảo sự an toàn tối đa cho người sử dụng Trong đó

có thiết bị đóng cắt điện được sử dụng dụng trong điện dân dụng và sinh hoạt

là Áptômát Hiện nay các thiết bị bảo vệ mạng điện dân dụng với mã hiệu như: MCB, RCCB (RCBO) bên cạnh một số thiết bị bảo vệ mạng điện công nghiệp như: ACB, MCCB, RCD và ELCB

3 Đối tượng nghiên cứu:

+) Áptômát sử dụng điện dân dụng và sinh hoạt

PHẦN II: Nội dung:

1 Khái niệm và yêu cầu:

1.1 Khái niệm:

Áptômát có tên gọi khác là CB( Cirvuit Breaker) là khí cụ điện dung

để tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá tải, ngắn mạch, sụt áp…

Aptomat thường được sử dụng trong các mạch điện áp định mức tới 660V xoay chiều và 330V một chiều, dòng điện định mức tới 660A

1.2 Yêu cầu:

+) Chế độ làm việc định mức của Áptômát phải là chế độ dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua Áptômát lâu bao nhiêu cũng được Mặt khác mạch vòng dẫn điện của Áptômát phải chịu được dòng ngắn mạch lớn lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hoặc đang đóng

+) Áptômát phải cắt được trị số dòng ngắn mạch lớn có thể lên đến hàng chục kA Sauk hi cắt vẫn phải đảm bảo làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức

+) Để nâng cao tính ổn định nhiệt và tính ổn định điện động của các thiết bị, hạn chế sự phá hoại của dòng ngắn mạch, Áptômát phải có thời gian cắt bé Muốn vậy phải kết hợp giữa lực thao tác cơ học và thiết bị dập hồ quang bên trong áptômát Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc áptômát phải có khả năng điều chỉnh được dòng điện tác động và thời gian tác động

2 Phân loại của Áptômát:

Đây là một loại áp-tô-mát (hay còn gọi là cầu dao tự động) được chế tạo với tính năng duy nhất là bảo vệ quá dòng điện (quá tải và ngắn mạch) với dòng điện làm việc định mức thường không quá 100A ở điện áp dưới 1000V Do đó, loại này được sử dụng rộng rãi trong mạng điện dân dụng, từ văn phòng cho tới nhà ở.

Trên thị trường Việt Nam hiện nay phải kể đến các hãng sản xuất lớn như: ABB, Schneider, Siemens, Hager, Panasonic, LS, Mitsubishi, Hyundai, Simon, Clipsal, Sino - Vanlock, trong đó Clipsal hiện đã bị Schneider thực hiện thương

vụ thâu tóm từ đầu năm 2008

Qua khảo sát về mức tiêu thụ điện của người dân Việt Nam, có thể chia ra thành ba nhóm cơ bản như sau:

+ Khu vực thành thị: mỗi hộ gia đình nên sử dụng loại áp-tô-mát tổng có dòng điện định mức không quá 40A

+ Khu vực ngoại thành (ven đô thị): mỗi hộ gia đình nên sử dụng loại mát tổng có dòng điện định mức không quá 30A

+ Khu vực nông thôn: mỗi hộ gia đình nên sử dụng loại áp-tô-mát tổng có dòng điện định mức không quá 20A

Ngoài ra, các hãng sản xuất còn đưa ra cho người sử dụng nhiều sự lựa chọnkhác nhau với việc phân ra số cực như: 1p, 1p+N, 2p, 2p+N, 3p, 3p+N hay 4p (với p-pole: cực) Thực tế ở Việt Nam, đại đa số các thiết bị điện dân dụng đều được sản xuất để làm việc với điện áp 220V, nên người sử dụng thông thường chỉ cần chọn loại 1p hoặc 1p+N là đủ

Tuy nhiên, sự phân nhóm trên chỉ mang tính tương đối Vì vậy, để lựa chọn được chính xác và phù hợp hơn cho nhu cầu cũng như phù hợp với tiết diện dây dẫn điện sử dụng trong nhà, người sử dụng hãy tham vấn ý kiến của những người

có chuyên môn

1.1. Theo công cụ bảo vệ:

+) Cực đại theo dòng điện

+)Áptômát cực tiểu điện áp

+)Áptômát cực tiểu dòng điện

1.2. Theo thời gian theo tác: 2 loại

+) Tác động tức thời( Nhanh)

+) Tác động không tức thời

1.3. Theo thiết kế: 3 loại:

+) 1 cực:

+) 3 cực:

3 Phân loại Áptômát RCCB (Residual Current Circuit Breaker):

Thông thường, RCCB sẽ được sử dụng để bảo vệ chống giật cho từng tầng nhà (đối với nhà nhiều tầng) hoặc cho toàn bộ nhà (đối với nhà chỉ có 1

tầng) Nhưng để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả thì yêu cầu đầu tiên là

hệ thống dây dẫn điện âm tường phải được đi trong ống gen cách điện

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại RCCB do các hãng khác

nhau cung cấp nhưng nhìn chung chỉ có ba cấp bảo vệ là 30mA, 100mA và

300mA

Để bảo vệ chống giật cho từng tầng nhà ở, nên sử dụng loại có mức

bảo vệ 30mA, còn nếu chỉ sử dụng để bảo vệ chống giật duy nhất cho toàn

bộ nhà ở, nên sử dụng loại có mức bảo vệ từ 100mA - 300mA tùy thuộc vào

diện tích và số lượng thiết bị tiêu thụ điện

Trong quá trình sử dụng, người sử dụng nên kiểm tra RCCB

hàng tháng, cách để kiểm tra là nhấn vào nút có chữ “Test” hoặc “T” trên

thân RCCB, động tác này là việc mô phỏng có xuất hiện dòng điện rò Nếu

RCCB tác động tốt, tức là mạch điện đã bị ngắt Nếu ngược lại RCCB không

tác động thì chúng ta nên thay cái mới Việc kiểm tra phải được lặp đi lặp lại nhiều lần để đảm bảo RCCB hoạt động một cách tốt nhất

4 Máy cắt chân không ACB:

Đây là một loại áp-tô-mát được chế tạo với tính năng cơ bản là chống dòng điện rò, mà theo cách gọi thông thường là áp-tô-mát chống giật Loại áp-tô-mát này không có tính năng bảo vệ quá dòng điện như MCB đã nêu trên Vì vậy người

sử dụng cần chú ý phân biệt mã hiệu để tránh nhầm lẫn

ACB là máy cắt không khí thường có dòng từ 6300A trở xuống và dòng cắt từ

42KA tới 150KA Đặc biệt loại này không đóng cắt bằng tay gạt (đóng cắt bằng điện) Thường dùng trong bộ chuyển đổi nguồn ATS

4.1 Cấu tạo:

Máy cắt hoạt động theo kiểu năng lượng được dự trữ, nó sử dụng một

lò xo được nạp trước, lò xo có thể được nạp bằng tay với sự trợ giúp của cơcấu nạp lò xo, hoặc nạp bằng điện với sự giúp đỡ của động cơ nạp, nếu đượccung cấp Cơ chế hoạt động như vậy được sử dụng trong tất cả các máy cắtHavells Cơ chế này được phát triển sử dụng số các bộ phận ít hơn, cải tiếnhơn so với các thiết bị trước đây vì vậy nó tạo ra sự tin cậy hơn, tuổi thọ caohơn và yêu cầu bảo trì bảo dưỡng ít hơn

- Cơ chế tiếp xúc (Contact Mechanism) : Bộ phận dẫn điện được thiết

kế theo kiểu modul hóa Mỗi cực gồm có các tiếp điểm chính và các tiếpđiểm hồ quang, các tiếp điểm này được lắp đặt trong các vỏ bọc modul hóa.Các tiếp điểm này được chế tạo từ hợp kim bạc Hoạt động của tiếp điểm hồquang với tiếp điểm chính là các tiếp điểm hồ quang sẽ đóng trước và mở saucác tiếp điểm chính Điều này giảm bớt sự ăn mòn các tiếp điểm chính trongcác trạng thái hoạt động bình thường và ngắn mạch Dụng cụ đo lường dòngđiện được đặt bên trong mỗi bộ cực xung quanh đầu nối thấp hơn

- Bộ phận dập hồ quang (Arc Chutes) : Bộ phận dập hồ quang đượccung cấp để dập hồ quang điện Bộ phận này gồm có các tấm kim loại mỏngđược lắp đặt song song trong những vỏ bọc cách ly Hồ quang được phân đều

cho những tấm kim loại này mà nó giúp dập hồ quang nhanh hơn Hồ quang

vì thế bị hạn chế, phân chia và dập tắt trong bộ phận dập hồ quang Sự cách

ly hợp lý giữa các bộ phận dẫn điện, sự tiêu thụ năng lượng ít hơn khi ngắnmạch làm cho nó có khả năng thiết lập những kết nối tải và hệ thống nguồncấp

– Cơ chế nhả gồm có các chốt giữ từ tính mà nó liên kết với các nút

ấn báo nhả Mạch điện cung cấp một tín hiệu cho bộ phần này trong trườnghợp xảy ra quá dòng, quá tải…và bộ phận này sẽ tác động để nhả máy cắt

- Trong trường hợp bảo vệ quá dòng thì dòng điện cảm ứng được gửiđến từ máy biến dòng (Current Transformer – CT) được lắp đặt trên các đầunối chính Nếu xảy ra bất cư lỗi nào khác nữa thì đầu ra thứ 2 của CT sẽ tăngnên.Tín hiệu từ đầu ra thứ 2 sẽ được truyền tới bộ vi điều khiển trong mạchđiện Bộ vi điều khiển sẽ được lặp trình để tạo ra các tín hiệu xử lý ứng vớimỗi trường hợp cụ thể Tín hiệu một chiều được tạo ra để cấp cho bộ phậnnhả từ tình mà nó làm nhiệm vụ mở máy Thời gian cắt yêu cầu và dòng điệncắt có thể được cài đặt thông qua sự giúp đỡ của các công tắc chuyển đổiđược cung cấp trên panel phía trước của mạch điện phụ trơ

Các phụ kiện lắp thêm cho ACB:

1 Motor Drive (MD): MD-AD250-W (200~250V AC-DC)

2 Closing Coil (CC): CC-AD250-W ( 100~250V AC-DC)

3 Shunt Trip device (SHT): SHT-AD250-W (100~250V AC-DC), Cần dùngkèm với AX

4 Under Voltage Trip device (UVT): Là thiết bị tự động CẮT máy cắt khi điện áp của nguồn qua máy cắt thấp hơn điện áp định mức Bộ bảo vệ thấp

áp (UVT) này bao gồm cuộn tác động và bộ điều khiển

5 Auxiliary switch (AX): AX(0A0B), AX(1A,1B), …Max AX(5A,5B)

6 Mechanical Interlock (MI): Thiết bị này dùng để phòng tránh khả năng thao tác cùng lúc 2, 3 máy cắt Được dùng để khóa liên động cơ khí trong cácứng dụng chuyển đổi nguồn điện (ATS) Các ứng dụng được nâng mức độ antoàn cao hơn nếu kết hợp với khóa liên động điện (bằng cách liên động các SHT, CC của các máy cắt với nhau)

4.2 Hình cắt ACB:

5 Áp tômát MCCB ( Molded Case Circuit Breaker):

5.1 Thông tin chung:

- MCCB (Molded Case Circuit Breaker tạm dịch là bộ ngắt mạch trong

vỏ đúc) về cơ bản thì cũng giống như MCB nhưng có một số khác biệt như

có dòng định mức Incó thể lên tới 100A và điện áp dưới 1000VAC hoặc 1200VDC

- MCCB có khả năng ngắt dòng cũng cao hơn lên đến 50kA hay hơn nữa

- MCCB thường được lắp đặt bảo về về phí nguồn điện(gần nguồn), tức

là có thể đặt bảo vệ phía sau máy biến áp phân phối mà hiện nay lưới điện hạthế chúng ta hay sử dụng hoặc bảo vệ cho các tủ động lực lớn các động cơ điện

Các thông số đặc trưng của MCCB :

5.3 Một số tiêu chuẩn:

a Ngưỡng tác động khi quá tải :

Ngưỡng tác động quá tải Ir là dòng tối đa mà CB có thể hoạt động mà không ngắt Đó chính là dòng chỉnh định của rơ le nhiệt trong CB

-Với CB thiết kế theo tiêu chuẩn IEC – 60898 Ir là dòng cố định và

Có thể chỉnh định Ir từ 0.4 -1In với rơ le điện từ.

b Ngưỡng tác động khi ngắn mạch Im :

Ngưỡng tác động ngắn mạch Im là dòng tác động ngắt dòng ngắn mạch,làm ngắt CB rất nhanh khỏi dòng sự cố ngắn mạch Đó chính là dòng chỉnh định rơ le điện từ trong CB

• Icn là khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức của CB dân dụng IEC 60898

Do nhà sản xuất CB công bố, khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức là khả năng cắt dòng ngắn mạch được xác định ở hệ số công suất của mạch thử nghiệm

• Icw là khả năng cắt dòng ngắn mạch cực đại của CB công nghiệp IEC 60947-2

Khả năng cắt dòng ngắn mạch cực đại là trị số dòng sự cố kỳ vọng theo tính toán Dòng điện qua CB không nên vượt qua trị số này

Theo IEC, dải dòng tác động bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho CB hạ thế :

6 Cấu tạo áp tômát MCB và MCCB:

Về cơ bản cấu tạo của áp tômát MCB và MCCB là giống nhau.

1- Vỏ 2- Ngõ vào dây điện(phần trên)3- Buồng dập hồ quang

4- Cuộn dây nam châm điện5- Cần gạt6- Tiếp điểm cố định

7- Tiếp điểm di động

8- Thanh dẫn hồ quang

9- Thanh lưỡi kim10- Ngõ vào dây điện (phần dưới)11-Kẹp thanh ray

mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Như vậy

hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm 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 hư hại tiếp điểm chính

b) Hộp dập hồ quang

Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: Kiểu nửa kín vàkiểu hở

Kiểu nửa kín được dặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50KA Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V (cao áp).

Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thépxếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang

c) Cơ cấu truyền động cắt CB

Truyền động cắt thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ điện (điện

từ, động cơ điện)

Điều kiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mứckhông lớn hơn 600A Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A)

Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng khí nén

d) Móc bảo vệ

CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ – gọi là móc bảo vệ, sẽ tác động khi mạch điện có sự cố quá dòng điện (quá tải hay ngắn mạch) và sụt áp

Móc bảo vệ quá dòng điện (còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị điện khong bị quá tải và ngắn mạch, đường thời gian – dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo

vệ Người ta thường dùng hệ thống điện tử và rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong CB

Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này được quấn tiết diện lớn chịu dòng tải và ít vòng Khi dòng điện vượt quá trị số cho phứp thì phần ứng bị hút và nóc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm tiếpđiểm của CB mở ra Điều chỉnh vít để thay đôi lực kháng lò xo, ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tức động Để giữ thời gian trong bảo vệ quá tải kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian

Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của CB khi có quá tải Kiểu này có nhược điểm là quán tính nhiệt lớn nên không ngắt nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải

Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt trong một CB Loại này được dung ở CB có dòng điện đính mức đến 600A.

Móc bảo vệ sụt áp (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu điện từ Cuộn dây mắc song song với mnạch điện chính, cuộn dây này được quấn ít vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn

7 Nguyên lý hoạt động:

a) Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại

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

Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút

Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuốnglàm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các

b) Sơ đồ nguyên lý CB điện áp thấp

Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 và phần ứng 10 hút lại với nhau

Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc 8 bật lên, móc 7 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt

8 Data Catalogue MCB;RCCB;MCCB;ACB:

 MCB DZ158 series:

Hãng sản xuất Chint

Aptomat cỡ nhỏ DZ158 series: Sử dụng chủ yếu bảo vệ mạch xoay chiều (AC – 50Hz) 230V – 1 pha, 230/400V – 2 pha, 400 – 3 và 4 pha DZ158 cũng dùng để đóng cắt các thiết bị điện và mạch chiếu sáng

 RCCB – NL1 series