THI NGHIEM CUNG CAP DIEN

thí nghiệm cung cấp điện

Trang 1

PHẦN 1

THÍ NGHIỆM

Bộ môn Hệ thống điện

Phòng thí nghiệm Hệ thống cung cấp điện C1 – 119

1

Trang 2

-I MỤC ĐÍCH

Các thiết bị điện nói chung và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ trong mạng hạ áp nói riêng, trước khi đưa vào vận hành cần phải được thử nghiệm theo các hạng mục nhất định để đảm bảo sự an toàn và tin cậy trong các trường hợp vận hành

Sau khi thực hiện bài thí nghiệm hiệu chỉnh thiết bị đóng cắt và bảo vệ điện

áp thấp, sinh viên có khả năng:

1. Xây dựng phương pháp thử nghiệm trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành hệ thống thiết bị cung cấp điện

2. Kiểm tra đặc tính bảo vệ của các thiết bị đóng cắt hạ áp So sánh đặc tính này với đặc tính mẫu để quyết định xem thiết bị có đủ điều kiện sử dụng trong thực tế hay không

II ĐỐI TƯỢNG THỬ NGHIỆM

Trong hệ thống cung cấp điện chúng ta sử dụng rất nhiều các thiết bị nhưng trong phạm vi bài thí nghiệm này ta chỉ tiến hành thử nghiệm một số thiết bị thông dụng sau đây:

1. Cầu chì

Cầu chì là loại khí cụ điện bảo

vệ các thiết bị điện khỏi các sự cố quá

tải, ngắn mạch

Đặc tính Ampe – giây của cầu

chì như minh họa trong hình vẽ 1

t, s

Hình 1 Đặc tính Ampe - giây của dây chảy cầu chì

Trị số dòng điện mà tại đó dây chảy bắt đầu chảy đứt gọi là dòng điện tới hạn (Ith) Khi biết được vật liệu và kích thước của dây chảy, ta có thể xác định được Ith

bằng cách giải phương trình cân bằng nhiệt lượng được cung cấp và nhiệt lượng tỏa

ra môi trường xung quanh của dây chảy Để đơn giản việc tính toán, ta thường dùng công thức kinh nghiệm:

Ith = A0d Trong đó A0 là hệ số kinh nghiệm, tùy thuộc vào loại dây chảy, d là đường kính dây chảy

Để dây chảy cầu chì không chảy đứt ở dòng điện định mức, ta cần đảm bảo điều kiện Iđm ≤ Ith Mặt khác để bảo vệ được thiết bị thì dòng điện tới hạn không được lớn hơn quá nhiều so với dòng điện định mức, thông thường ta có thể chọn:

3/ 2

Trang 3

Ith/Iđm = 1,6 ÷ 2 đối với đồng

Ith/Iđm = 1,25 ÷ 1,45 đối với chì

Ith/Iđm = 1,15 đối với hợp kim chì thiếc

Dòng điện định mức của cầu chì được lựa chọn sao cho khi chạy liên tục qua dây chảy, chỗ phát nóng lớn nhất của dây chảy không làm cho kim loại bị oxy hóa quá mức và biến đổi đặc tính bảo vệ, đồng thời nhiệt phát ra ở bên ngoài cầu chì cũng không vượt quá trị số ổn định

2 Aptomat

Aptomat là khí cụ điện dùng để đóng cắt

mạch điện có tải và tự động cắt mạch

điện khi có sự cố như quá tải, ngắn

mạch, điện áp thấp, công suất ngược,…

Kết cấu chính của Aptomat gồm:

1 Tiếp điểm và buồng dập hồ quang

2 Lò xo nén

3 Rơ le điện từ RI

4 Rơ le nhiệt RN

RI

RN

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý của Aptomat

Đặc tính bảo vệ của Aptomat như hình

vẽ 3

Thông thường Ikđn = Iđm

Khi dòng điện đi qua aptomat vượt quá

dòng điện khởi động nhiệt thì RN tác

động theo đặc tính của rơ le nhiệt Khi

dòng điện đi qua aptomat vượt quá giá

trị dòng điện khởi động điện từ thì RI

tác động và thường thời gian tác động

này rất nhanh, gần như tức thời

t, s I kđđt - Dòng điện khởi động điện

từ I kđn - Dòng điện khởi động nhiệt

Ikđn Ikđđt I, A

Hình 3 Đặc tính bảo vệ của Aptomat

3. Khởi động từ

Khởi động từ là khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng, cắt, đảo chiều quay và bảo vệ quá tải cho các mạch điện động lực, đặc biệt là các mạch điện

có tần suất đóng cắt cao

Khởi động từ cơ bản gồm công tắc tơ điện xoay chiều và rơ le nhiệt lắp trong cùng một hộp

Trang 4

BI

4 Rơle dòng điện

Rơ le dòng điện kiểu điện từ làm việc theo nguyên lý khi dòng điện đầu vào tăng quá một giá trị ngưỡng thì sau thời gian xác định nào đó rơ le sẽ phát tín hiệu thay đổi trạng thái của tiếp điểm phụ đầu ra

Rơ le dòng điện có thể làm việc theo rất nhiều nguyên lý, một trong những nguyên lý đó là nguyên lý quá dòng điện có thời gian phụ thuộc Theo đó, thời gian tác động của rơ le phụ thuộc vào giá trị dòng điện đầu vào Giá trị này càng lớn thì thời gian tác động càng nhỏ

Rơ le kiểu PT85 được dùng rộng rãi để bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho lưới

6 – 10 kV, các biến áp giảm áp 110 kV, 35 kV và các động cơ điện cao áp Các tiếp điểm thường mở của rơ le có khả năng đóng cho mạch dòng điện một chiều và xoay chiều tới 5 A, điện áp tới 220 V Nếu như mạch điều khiển được cung cấp từ máy biến dòng thì các tiếp điểm có thể

cho phép nối tắt và tách mạch song

song với dòng điện đạt tới 50 A

Tiếp điểm nối để báo tín hiệu cho

phép đóng cắt mạch tới 0,2 A đối

với dòng điện một chiều và 1 A

đối với dòng điện xoay chiều

Rơ le PT85 sử dụng trong bài thí

nghiệm này được cài đặt với

Ikđ = 4 A Với giá trị tđặt = 3 giây

cho phép ta tính toán ra đặc tính

cắt lý thuyết của rơ le như hình vẽ 4 Hình 4 Đặc tính cắt tính toán của rơ le

PT – 85, với t đặt = 3 giây

III PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THỬ NGHIỆM

1 Sơ đồ thử nghiệm

CD

AT

Hình 5 Sơ đồ nguyên lý mạch thử nghiệm các thiết bị

2 Các thiết bị và dụng cụ đo dùng trong sơ đồ

1 Cầu dao CD dùng để đóng cắt đưa nguồn điện vào sơ đồ thí nghiệm

2 Vôn mét V1 dùng để đo điện áp của lưới điện đầu vào

Trang 5

3 Ampe mét A1 dùng để đo dòng điện đầu vào của máy biến áp tự ngẫu AT A1

có thang đo 0 ÷ 30 A

4 Máy biến áp tự ngẫu AT 10 - 20A dùng để điều chỉnh trơn điện áp

5 Ampe mét A2 có thang đo 0 ÷ 30 A dùng để đo dòng điện đầu vào của máy biến áp tải

6 Máy biến áp tải THT dùng để tạo ra nguồn dòng lớn (tới 200 A)

7 Khóa K dùng để đóng mạch thử nghiệm rơle dòng điện RI

8 Ampe A3 dùng để đo dòng điện đầu vào của rơ le dòng điện (sơ cấp)

9 Ampe A4 dùng để đo dòng điện đầu ra của máy biến áp tải (dòng điện để thử nghiệm cầu chì (CC), Aptomat (ATM) và khởi động từ (KĐT))

10 Máy biến dòng BI tạo ra dòng điện nhỏ đưa vào rơ le và các cơ cấu đo lường, báo hiệu

3 Trình tự thí nghiệm

Kiểm tra mạch điện để đảm bảo chắc chắn rằng chỉ có tiếp điểm đưa điện vào các phần tử thử nghiệm ở vị trí đóng còn cầu dao CD và các tiếp điểm khác phải ở vị trí mở

Bước 1

Đưa núm điều chỉnh của AT về vị trí 0

Bước 2

Đóng cầu dao CD đưa điện vào sơ đồ thí nghiệm

Bước 3

Điều chỉnh nhanh máy biến áp tự ngẫu AT, quan sát các ampe mét A1, A2,

A4 để khống chế không cho AT và THT bị phát nóng quá giới hạn, quan sát A3, A4

để theo dõi giá trị dòng điện đưa vào phần tử thử nghiệm Tiếp tục điều chỉnh AT

để nâng dòng điện đưa vào phần tử thử nghiệm bằng giá trị đã tính toán từ trước

Bước 4

Cắt mạch cầu dao CD và giữ nguyên vị trí điều chỉnh của AT để cho mạch dòng của phần tử nguội tới nhiệt độ của môi trường để không gây sai lệch giá trị thử nghiệm theo phát nóng

Bước 5

Đóng cầu dao CD để đưa điện vào mạch thí nghiệm và mạch tín hiệu

Quan sát và ghi giá trị số đo của A3, A4 và theo dõi mạch tín hiệu cùng đồng

hồ đo thời gian

Khi phần tử thử nghiệm tác động thì ghi lại giá trị thời gian trên đồng hồ đo

Bước 6

Mở cầu dao CD, đưa sơ đồ về trạng thái ban đầu

Trang 6

IV NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ

NGHIỆM Bài 1 Thử nghiệm cầu chì hạ

áp

Dây chảy của cầu chì là loại dây đồng tiết diện 0,95 mm 2

Cầu chì khi đặt mới phải kiểm tra theo các hạng mục sau :

•Sự sạch sẽ bên ngoài, làm sạch và kiểm tra mối tiếp xúc

•Kiểm tra sự chọn đúng dây chảy

•Kiểm tra tính chọn lọc của các dây chảy được mắc nối tiếp

•Lấy đặc tính t = f(I)

Kết quả thử nghiệm đặc tính t = f(I) được ghi vào bảng 1

Giá trị dòng điện I

(A) đưa vào thử

Thời gian tác động, t

(giây)

Thời gian tác động trung bình, t (giây)

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Bảng 1 Kết quả thử nghiệm dây chảy cầu chì

Bài 2 Thử nghiệm Aptomat

Aptomat đưa vào thử nghiệm có dòng điện định mức là 50 A

Aptomat được thử nghiệm theo các hạng mục sau :

•Đo điện trở cách điện ở trạng thái nguội cách điện giữa kết cấu vỏ với các cực không được dưới 10 MΩ và ở nhiệt độ làm việc không được dưới 5MΩ

•Đặt điện áp xoay chiều nâng cao tới 2 kV trong thời gian 1 phút

•Khi làm việc nhiệt độ không được vượt quá 80oC

•Thử nghiệm để cho Aptomat làm việc lâu dài lấy Ithử = 1,1Iđmmc ,trong đó

Iđmmc là dòng điện ngắn mạch của cơ cấu mở chốt

Trang 7

•Thử nghiệm lấy đặc tính I = f (t)

Kết quả thử nghiệm đặc tính cắt quá tải t = f(I) được ghi vào bảng 2

Giá trị dòng điện I

nghiệm

Lần thử Thời gian tác động, t(giây) Thời gian tác động trung bình, t (giây)

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Bảng 2 Kết quả thử nghiệm đặc tính cắt quá tải của aptomat

Bài 3 Thử nghiệm rơ le nhiệt của khởi động từ

Khởi động từ có dòng điện định mức 20 A

Lấy đặc tính Ampe - giây của rơ le nhiệt theo bội số quá tải t = f (Iqt/Iđm ) Kết quả ghi vào bảng 3

Giá trị dòng điện Iqt

nghiệm

Lần thử Thời gian tác động, t(giây)

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Bảng 3 Kết quả thử nghiệm đặc tính rơ le nhiệt của khởi động từ

Trang 8

Bài 4 Thử nghiệm rơ le dòng điện có đặc tính phụ thuộc

Rơ le cần thử nghiệm được cài đặt ở ngưỡng khởi động là Ikđ = 4 A

Kiểm tra rơ-le PT-85 gồm các hạng mục :

•Kiểm tra bên ngoài và kiểm tra phần cơ khí

Khi rơ le làm việc bình thường, khe hở giữa đĩa quay và mạch từ không được vượt quá 0,3 mm về mỗi phía Khi quay tới các góc bất kỳ đĩa quay không được “kẹt” Độ rơ cực đại cho phép đối với khung là 1 mm, đối với đĩa là 0,5 mm và đối với phần ứng cắt nhanh là 0,1 mm – 0,2 mm (theo hướng nằm ngang) Khe hở của các tiếp điểm thường mở không được nhỏ hơn 2 mm và tiếp điểm tín hiệu không được nhỏ hơn 1,5 mm

•Kiểm tra cách điện và đặc tính điện của rơ-le

Đặc điểm của việc kiểm tra đặc tính rơ-le là :

1. Phần tử cảm ứng phải được kiểm tra khi mắc vào mạch cung cấp từ điện áp dây, điều chỉnh dòng điện phải dùng biến trở để tránh làm sai lệch dạng dòng điện

2. Kiểm tra phần tử điện từ khi giá trị dòng điện lớn được mắc qua máy biến áp tải, khi đó dạng của dòng điện không có ý nghĩa

3. Dòng điện và thời gian tác động của rơ-le chỉ được kiểm tra sau khi đã

mở nắp để tránh ảnh hưởng của vỏ tới từ trường rơ-le

4. Khi xác định dòng tác động cần điều chỉnh tăng dòng điện từ từ, bắt đầu từ (0,5 ÷0,6)Iđặt

5. Dòng điện và hệ số trở về cần xác định bằng hai phương pháp :

•Khi giảm dần dòng điện trong rơ-le, đưa cánh tay gạt của phần tử hình quạt vào thanh gạt cắt nhanh

•Khi giảm đột ngột dòng điện từ giá trị bằng 5Iđặt tới giá trị dòng trở về để tay gạt về vị trí ban đầu Khi xác định hệ số trở về, phần tử điện từ phải ở vị trí tương ứng với vị trí xuất phát của chức năng cắt nhanh

6. Đặc tính thời gian của rơ-le được kiểm tra theo các nấc đặt biên trên thang thời gian và theo từng nấc đặt của dòng điện tác động Sau mỗi lần rơ-le tác động, lấy đặc tính thời gian cần để cho rơ-le về vị trí ban đầu

Trang 9

7. Các tiếp điểm của rơ-le phải không được rung và không được đánh lửa với dòng điện từ 105% dòng tác động cho tới giá trị dòng ngắn mạch phía sơ cấp có thể phản ánh qua rơ-le

8. Đặt dòng điện tác động cắt nhanh không được nhỏ hơn hai lần dòng điện đặt Iđặt vì rằng khi đó rơ le có thể tác động nhầm do rung Nếu như bảo vệ cắt nhanh không dùng đến cần phải loại trừ và kiểm tra rơ-le không cho tác động cắt nhanh ứng với giá trị dòng ngắn mạch cực đại qua rơ-le

9. Cần phải kiểm tra thời gian trở về của rơ-le không được vượt quá 0,5 giây Việc kiểm tra này có thể bỏ qua đối với rơ-le dùng để bảo vệ các phần tử thiết bị điện đặt cuối đường dây (như bảo vệ các động cơ điện, bảo vệ các máy biến áp có điện áp thứ cấp là 220 V – 380 V)

•Hiệu chỉnh và kiểm tra rơ-le theo nấc đặt làm việc Lấy

đặc tính t = f(IN/Ikđ) Kết quả ghi vào bảng 4

Bảng 4 Kết quả thử nghiệm đặc tính của rơ le quá dòng điện

Giá trị dòng điện IN

nghiệm

Lần thử Thời gian tác động, t(giây)

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

Trang 10

PHẦN 2 HƯỚNG DẪN BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Trang 11

I Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm

Ở đây ta sử dụng phương pháp xấp xỉ gần đúng trong kỹ thuật để vẽ đường cong hàm quan sát y=f(x)

Giả thiết cần tìm biểu thức giải tích đối với hàm quan sát y = f (x) theo các giá trị cho trước của đối số x, hàm này ta có thể thay bằng đa thức bậc n : Pn(x)

Việc chọn bậc của đa thức phụ thuộc mức chính xác yêu cầu của phép gần đúng Điều này có thể được giải thích bằng đồ thị là ta xây dựng một parabol bậc thứ n đi qua gần sát với các điểm nhận được bằng thử nghiệm Ở đây ta xây dựng phương pháp bình phương cực tiểu

Giả thiết có hàm thực nghiệm:

xi x1 x2 x3 xn-1 xn

yi y1 y2 y3 yn-1 yn

Bảng 5 Dạng hàm thực nghiệm

Để đơn giản ta thay hàm thực nghiệm bằng đa thức gần đúng bậc

hai y = a + bx + cx2 (1)

Tiến hành tính các hệ số a, b và c nghĩa là với các giá trị này, đồ thị của đa thức sẽ đi gần sát với các điểm (xi, yi) trong đó i =1, n Ký hiệu εi là độ lệch của giá trị yi so với giá trị bảng và khi đặt vào phương trình (1) lần lượt từng cặp giá trị

bảng (xi, yi), ta viết được phương trình độ lệch:

ε = a + bx + cx2 − y2



= a

 +bx 2

+

cx2 y2

ε3 = a + bx 3 + cx3 −

y3



(2)



bx +

 n cxn yn Trong hệ phương trình này ta coi các số a, b, c là các biến chưa biết còn các giá trị x1, x2, x3, , xn là các hệ số đã cho

Như vậy, giá trị tốt nhất của các số a, b và c có được khi tổng bình phương độ lệch

εi là nhỏ nhất, nghĩa là :

n

εi =ε1 +ε2+ε3+ +εn

i = 1

= min f (a, b,c)

 2

2 2

εn =a+ 2 −

Trang 12

Trang 13

n (a + bx + cx2 − y )2 =(a + bx + cx2 − y )2 + (a + bx +cx2 − y )2 + +

∑

i = 1

i i i

1

2 2

)

+(a +

bx n +c

x

2

− y

)2 = min

f (a,b,c)

Để cho hàm f(a, b, c) có giá trị nhỏ nhất, các đạo hàm riêng theo a,

b và c phả

i triệ

t tiê

u, ng hĩa là:

∂ f

=

0

;

∂ a

∂ f

=

0

;

∂ b

∂f

= 0

∂c

Lấy đạo hàm riêng của phương trình

(3), ta nhận

được hệ phương trình đối với các hệ

số a, b và c chưa biết :

Trang 14

2

(a

+

bx

1 +

cx1

−

y1 )

+

(a

+

bx

2 +

cx2

−

y2

) +

+

(a

+

bx

n +

cxn

−

yn

)

=

0

22

2

(a + bx1

+ cx1 −

y1 )x1 +

(a + bx2

+ cx2 −

y2 )x2

+ +

(a + bxn

+ cxn −

yn )xn =

0

(

4

)

(

a

+

b

x

+

c

x

2

− y )

x2 +

(a +

bx

+

cx2 −

y )x2

+

+ (a

+ bx

+

cx2

− y )x2

= 0

1 1 1 1



n n 2n

2 2 2 2

n n n n

an + b∑xi + c∑xi =

∑yi



i

=

1



n

i 2

i

=

1 n n3

 a

∑

x

i

+

b

∑

x

i

+c

∑

x

i

( 5 )



i =

1



n

2

i

1 n 3

i

1 n 4

i

=

1

∑

x



i 1

+b

∑

x

i i

+c

∑

x

i i

=∑xi yi

ệ

p h ư ơ n g

t r ì n h

( 5 )

d ễ

d à n g

g i ả i

đ ư ợ c

b ằ n g

p h ư ơ

ng pháp đại số

II Mẫu bảng

xử lý kết quả thí nghiệm

1 Thử nghiệm dây chảy cầu chì

Dòng tới hạn,

Ith (A)

Giá trị dòng điện I (A) đưa vào thử nghiệm

………

Bả ng

6

M ẫu bả ng xử

lý kết qu

ả th

ử ng hi ệm dâ

y ch

ảy cầ

u ch ì

n

a



Trang 15

2 Thử nghiệm aptomat

Dòng điện định

mức, Iđm (A)

Giá trị dòng điện I (A) đưa vào thử nghiệm

Thời gian tác động trung bình, t (giây) t = f(I)

Bảng 7 Mẫu bảng xử lý kết quả thử nghiệm aptomat

3 Thử nghiệm rơ le nhiệt của khởi động từ

Dòng điện

định mức, Iđm

(A)

Dòng điện quá tải, Iqt

(A)

Tỷ số Iqt/Iđm

t = f(Iqt/Iđm)

Bảng 8 Xử lý kết quả thử nghiệm rơ le nhiệt của khởi động từ

4 Thử nghiệm rơ le quá dòng điện

Dòng điện

khởi động,

Ikđ (A)

Dòng điện IN

(A) Tỷ số IN/Ikđ

t = f(IN/Ikđ)

Bảng 9 Xử lý kết quả thử nghiệm rơ le quá dòng điện

Các đường cong đặc tính có được sau khi xử lý kết quả thực nghiệm được biểu diễn trên các hình vẽ tương ứng

II Nhận xét

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	74,52 KB