Tìm hiểu aptomat, khởi động từ, kháng điện, tụ điện cao thế.

CÔNG TY THỦY ĐIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM HUỘI QUẢNG – BẢN CHÁT Độc lập – Tự – Hạnh phúc PXSC ĐIỆN – TỰ ĐỘNG Sơn La, ngày 19 tháng 12 năm 2016 BÁO CÁO TÌM HIỂU (N/d: Tìm hiểu aptomat, khởi động từ, tụ điện cao thế, kháng điện) Kính gửi : Lãnh đạo PXSC Điện – Tự Động Công ty Thủy điện Huội Quảng – Bản Chát Học viên : Vũ Xuân Luyên Người hướng dẫn : Đàm Thuận Lịch Nội dung tìm hiểu: - Tìm hiểu lý thuyết chung Aptomat, khởi động từ, tụ điện cao thế, kháng điện 1 Aptomat 1.1 Khái quát Aptomat (hay gọi Circuit Breaker – CB) khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (1 pha, pha), có khả bảo vệ tải, ngắn mạch, sụt áp… 1.2 Thông số kỹ thuật - Dòng điện định mức (Iđm): trị số dòng điện lớn chạy qua aptomat chế độ làm việc lâu dài mà nhiệt độ aptomat không tăng mức cho phép - Dòng ngắn mạch lớn (In): Là dòng điện ngắn mạch tức thời lớn mà aptomat cắt không bị hư hỏng - Thời gian cắt (tc): thời gian tính từ lúc có tác động cắt đến tiếp điểm tách hoàn toàn dập tắt hết hồ quang điện - Điện áp định mức (Uđm): giá trị hiệu dụng điện áp lớn aptomat làm việc chết độ làm việc lâu dài mà aptomat không bị hư hỏng 1.3 Cấu tạo Hình 1: Cấu tạo Aptomat Vỏ; Tiếp điểm; Buồng dập hồ quang; Cơ cấu truyền động; Móc bảo vệ a Vỏ: Là kết cấu cách điện để lắp phận khác aptomat Vật liệu thường sử dụng nhựa chịu nhiệt thủy tinh, polime Cấu trúc vật liệu phụ thuộc vào thông số định mức aptomat điện áp định mức, dòng điện định mức, khả cắt kích cỡ vật lý aptomat b Tiếp điểm: Aptomat thường chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm hồ quang), ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang) Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp điểm phụ, sau tiếp điểm Khi cắt mạch ngược lại, tiếp điểm mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối tiếp điểm hồ quang Như hồ quang cháy tiếp điểm hồ quang, bảo vệ tiếp điểm để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm c Hộp dập hồ quang: Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng thép xếp xéo thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang Để aptomat dập hồ quang tất chế độ làm việc lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: Kiểu nửa kín kiểu hở + Kiểu nửa kín đặt vỏ kín CB có lỗ thoát khí Kiểu có dòng điện giới hạn cắt không 50KA + Kiểu hở dùng giới hạn dòng điện cắt lớn 50KA điện áp lớn 1000V (cao áp) d Cơ cấu truyền động cắt: Truyền động cắt thường có hai cách: Bằng tay điện (điện từ, động điện) + Điều khiển tay thực với CB có dòng điện định mức không lớn 600A + Điều khiển điện từ (nam châm điện) ứng dụng CB có dòng điện lớn (đến 1000A) Để tăng lực điều khiển tay người ta dùng tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy Ngoài có cách điều khiển động điện khí nén e Móc bảo vệ: CB tự động cắt nhờ phần tử bảo vệ - gọi móc bảo vệ, tác động mạch điện có cố dòng điện (quá tải hay ngắn mạch) sụt áp Móc bảo vệ dòng điện (còn gọi bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị điện không bị tải ngắn mạch, đường thời gian – dòng điện móc bảo vệ phải nằm đường đặc tính đối tượng cần bảo vệ Người ta thường dùng hệ thống điện tử rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên CB Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây có tiết diện lớn để chịu dòng tải lớn quấn vòng Khi dòng điện vượt trị số cho phép phần ứng bị hút móc dập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm CB mở Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng lò xo, ta điều chỉnh trị số dòng điện tức động Để giữ thời gian bảo vệ tải kiểu điện từ, người ta thêm cấu giữ thời gian Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản cả, có kết cấu tương tự rơle nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, kim loại kép giãn nở làm nhả khớp r i rơi tự để mở tiếp điểm CB có tải Kiểu có nhược điểm quán tính nhiệt lớn nên không ngắt nhanh dòng điện tăng vọt có ngắn mạch, bảo vệ dòng điện tải Vì người ta thường sử dụng tổng hợp móc kiểu điện từ móc kiểu rơle nhiệt CB Loại dùng CB có dòng điện định mức đến 600A Móc bảo vệ sụt áp (còn gọi bảo vệ điện áp thấp) thường dùng kiểu điện từ Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính, cuộn dây quấn vòng với dây tiết diện nhỏ để chịu điện áp nguồn 1.4 Nguyên lý hoạt động a Aptomat bảo vệ dòng điện cực đại Hình 2: Sơ đồ nguyên lý aptomat bảo vệ dòng điện cực đại Ở trạng thái bình thường sau đóng điện, aptomat giữ trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc khớp với móc cụm với tiếp điểm động Bật Aptomat trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện phần ứng không hút Khi mạch điện tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ nam châm điện lớn lực lò xo làm cho nam châm điện hút phần ứng xuống làm bật nhả móc 3, móc thả tự do, lò xo kéo tiếp điểm động aptomat tách khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt b Aptomat bảo vệ điện áp thấp Hình 3: Sơ đồ nguyên lý aptomat bảo vệ điện áp thấp Bật CB trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 phầnứng 10 hút lại với Khi sụt áp mức, nam châm điện 11 nhả phần ứng 10, lò xo kéo móc bật lên, móc thả tự do, lò xo kéo tiếp điểm động khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt Khởi động từ 2.1 Khái quát Khởi động từ loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng ngắt, đảo chiều bảo vệ tải (nếu có lắp thểm rơle nhiệt) động không đồng ba pha rôto lồng sóc Khởi động từ có Contactor gọi khởi động từ đơn thường để đóng ngắt động điện Khởi động từ có hai Contactor khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay động gọi khởi động từ đảo chiều Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì 2.2 Yêu cầu kỹ thuật Động điện không đồng ba pha làm việc liên tục hay không tuỳ thuộc vào mức độ tin cậy khởi động từ Do khởỉ động từ cần phải thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sau: - Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao - Khả đóng - cắt cao - Thao tác đóng - cắt dứt khoát - Tiêu thụ công suất nhât - Bảo vệ động không bị tải lâu dài (có Rơle nhiệt) - Thoả mãn điều khởi động (dòng điện khởi động từ đến lần dòng điện định mức) 2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 2.3.1 Cấu tạo - Khởi động từ đơn gồm contactor role nhiệt (có từ – role nhiệt), thường sử dụng để đóng cắt bảo vệ tải cho động không đồng pha - Khởi động từ kép gồm contactor role nhiệt (có từ – role nhiệt), thường sử dụng để đóng cắt, bảo vệ tải đảo chiều quay động không đồng pha 2.3.2 Nguyên lý hoạt động a Khởi động từ đơn Mạch khởi động động sử dụng khởi động từ đơn gồm cầu dao CD đóng cắt nguồn cho mạch lực mạch điều khiển, cầu chì CC bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển, nút bấm thường đóng làm nút Stop, nút bấm thường hở làm nút Start khởi động từ đơn Sơ đồ nguyên lý: Hình 4: Sơ đồ nguyên lý khởi động từ đơn Nguyên lý hoạt động: - Đóng cầu dao CD cấp nguồn cho mạch lực mạch điều khiển Khi bấm nút Start cấp nguồn cho cuộn dây contactor K làm tiếp điểm K đóng lại cấp nguồn cho động cơ, đồng thời đóng tiếp điểm phụ thường hở K trì điện cho mạch điều khiển nhả nút Start - Muốn dừng động cơ, ấn nút Stop ngắt nguồn cấp cho cuộn dây contactor K làm tiếp điểm K mở ra, ngắt nguồn động - Khi động bị tải làm tiếp điểm thường đóng role nhiệt RN mở ra, ngắt nguồn cấp cho cuộn dây contactor K làm tiếp điểm K mở ngắt nguồn cấp cho động b Khởi động từ kép Mạch khởi động động sử dụng khởi động từ kép có sơ đồ nguyên lý sau: Hình 5: Sơ đồ nguyên lý khởi động từ kép Nguyên lý hoạt động: - Muốn mở máy động theo chiều thuận nhấn nút KT, cấp nguồn cho cuộn dây contactor T Cuộn dây contactor T có điện làm đóng tiếp điểm T cấp điện cho động DC quay theo chiều thuận, đồng thời làm đóng tiếp điểm phụ thường hở contactor T trì nguồn cho cuộn dây contactor T, đồng thời làm mở tiếp điểm phụ thường đóng contactor T làm hở mạch cấp điện cho cuộn dây contactor N nhằm đề phòng cấp điện cho contactor đồng thời gây ngắn mạch mạch lực Muốn dừng động ấn nút dừng D cắt nguồn điều khiển cấp cho cuộn dây contactor T, mở tiếp điểm contactor T, cắt nguồn cho động DC - Muốn mở máy động theo chiều nghịch nhấn nút KN, cấp nguồn cho cuộn dây contactor N Cuộn dây contactor N có điện làm đóng tiếp điểm N cấp điện cho động DC quay theo chiều nghịch, đồng thời làm đóng tiếp điểm phụ thường hở contactor N trì nguồn cho cuộn dây contactor N, đồng thời làm mở tiếp điểm phụ thường đóng contactor N làm hở mạch cấp điện cho cuộn dây contactor T nhằm đề phòng cấp điện cho contactor đồng thời gây ngắn mạch mạch lực Muốn dừng động ấn nút dừng D cắt nguồn điều khiển cấp cho cuộn dây contactor N, mở tiếp điểm contactor N, cắt nguồn cho động DC - Muốn mở máy động theo chiều ngược phải ấn nút dừng D, sau mở máy theo chiều ngược ngược lại - Khi động bị tải làm tiếp điểm thường đóng role nhiệt RN mở ra, ngắt nguồn cấp cho mạch điều khiển dẫn đến ngắt mạch lực, dừng động 3 Kháng điện 3.1 Khái quát Kháng điện cuộn dây điện cảm lõi thép có điện kháng lớn nhiều so với điện trở, dùng để hạn chế dòng ngắn mạch hạn chế dòng khởi động động mạch công suất lớn Ngoài ra, kháng điện dùng để nâng cao điện áp dư góp có ngắn mạch đường dây Dựa vào vị trí lắp đặt, chia làm loại điện kháng: điện kháng nhà điện kháng trời Dựa vào cấu tạo, chia làm loại điện kháng: Điện kháng đơn điện kháng kép Dựa vào cách điện chia làm loại kháng điện: Kháng điện khô kháng điện dầu 3.2 Một số loại kháng điện 3.2.1 Kháng điện khô Hình 6: Hình ảnh kháng điện bê tông thực tế Kháng điện khô gồm cuộn dây đặt hở không khí quấn trụ làm vật liệu cách điện (bê tông, gỗ, phíp) mà lõi thép Cuộn dây làm dây dẫn nhiều sợi đồng nhôm, cách điện giấy cách điện, tiết diện dây thường từ 70 – 185 mm2 có đạt đến 240 mm2 Để cách điện pha với pha với đất người ta dùng sứ đỡ Trị số điện kháng Xk% = (3 – 12)% , cuộn dây kháng điện đánh dấu sẵn thứ tự pha kiểu lắp đặt Kháng điện khô có ưu điểm cấu tạo đơn giản, độ bền điện cao nhược điểm điện áp cao cồng kềnh trọng lượng lớn dẫn đến hiệu kinh tế không cao Thường sử dụng lưới điện tới 35 kV, đặt phòng thoáng, thông gió tốt, nhiệt độ 350C 3.2.2 Kháng điện dầu Hình 7: Hình ảnh thực tế kháng điện ngâm dầu Hình 8: Cấu tạo kháng điện dầu Cuộn dây kháng điện; Màn chắn từ; 3.Vỏ thùng dầu; Sứ xuyên; Lõi cách điện Kháng điện dầu thường sử dụng cho cấp điện áp 35 kV Có ưu điểm kích thước nhỏ gọn so với kháng điện khô cấp điện áp, lắp đặt nơi, chống ẩm tốt Tuy nhiên có cấu tạo phức tạp kháng điện khô nên giá thành cao Có cấu tạo gồm cuộn dây quấn lõi cách điện đặt thùng dầu kín đựng đầy dầu cách điện Các đầu dây vào lấy thông qua sứ xuyên Ngoài ra, cuộn kháng đặt thùng dầu thép sinh dòng điện xoáy làm nóng vỏ thùng gây tổn hao lớn nên cần có phương pháp chắn từ sau: - Dùng chắn từ: Đặt vỏ thùng cuộn dây kim loại vòng dây kín mạch làm đồng nhôm Khi cuộn dây có từ thông biến thiên qua, kim loại sinh mội sức điện động cảm ứng Do kim loại vòng dây kín mạch nên sức điện động cảm ứng sinh dòng điện chạy Theo định luật Lenxo, dòng điện sinh từ thông phụ chống lại biến thiên từ thông sinh Kết từ thông tản vỏ thùng giảm nhiều - Dùng mạch từ phụ: Lót vỏ thùng lớp thép kỹ thuật điện tạo mạch từ phụ cho từ thông móc vòng qua Vì lớp thép kỹ thuật dẫn từ tốt nhiều vỏ thùng nên hạn chế nhiều từ thông móc vòng qua vỏ máy 3.3 Nguyên lý hoạt động Xét sơ đồ nguyên lý hoạt động kháng điện đơn pha: Hình 9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động kháng điện đơn pha Khi có dòng điện biến thiên tăng chạy qua cuộn dây kháng điện xuất sức điện động tự cảm eL có chiều hình vẽ: eL = L Ta có phương trình cân điện áp: U1 = U2 + eL = U2 + L Vậy có ngắn mạch xảy sau kháng điện dòng điện ngắn mạch chạy qua kháng điện biến thiên tăng, đo u2 giảm (diN/dt) tăng nên điện áp u1 tren góp giảm không đáng kể Mặt khác thời gian độ, dòng ngắn mạch biến thiên tăng eL sinh iL chống lại biến thiên tăng dòng điện ngắn mạch Vì dòng điện thực tế qua điểm ngắn mạch nhỏ dòng điện ngắn mạch kháng điện 4 Tụ điện cao 4.1 Khái quát Tụ điện cao áp thiết bị điện có khả tích phóng điện mạch điện cao áp Muốn tích điện cho tụ bù người ta nối hai cực củ tụ bù vào nguồn điện, tụ nối với cực dương tích điện dương, cực nối với cực âm tích điện âm Khi tụ điện tích điện điện trường tụ bù tích lượng, lượng điện trường Đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ gọi điện dung tụ điện Ký hiệu C xác định sau: C = Q/U với Q điện tích tụ U hiệu điện cực Tụ điện cao sử dụng chủ yếu đề bù công suất phản kháng lưới điện Tụ điện chia thành nhiều loại: tụ điện khô, tụ điện dầu 4.2 Cấu tạo Hình 10: Hình ảnh tự điện cao Gồm cực làm kim loại (thường nhôm) đặt song song với Ở đặt chất cách điện gọi điện môi (thường giấy cách điện tẩm dầu ngâm dầu) Tất cố định thùng kín Hai cầu cực lấy sứ xuyên 4.3 Nguyên lý hoạt động Quá trình phóng nạp tụ điện: Khi nạp hiệu điện hai tụ thay đổi theo thời gian xác định công thức: VC(t) =VDC (1-е -t/τ ) Trong đó: VC(t): Là hiệu điện hai tụ theo thời gian; VDC: Là điện áp nguồn nạp; е=2.71828: Là số logarit; t: Là thời gian tụ nạp; τ = R*C: Là số nạp-xả tụ điện Như thời gian nạp lâu hiệu điện hai tụ tăng, nhiên thực tế t = 5τ tụ nạp 99% coi nạp đầy Đồng thời ta thấy C lớn thời gian nạp lâu Khi xả VC(t) =VDC*е -t/τ 4.4 Thông số kỹ thuật tụ điện - Điện áp định mức (Uđm): Là giá trị hiệu dụng điện áp đặt lên hai cực tụ điện chế độ làm việc dài hạn mà không làm hỏng tụ điện - Điện dung tụ điện (Cđm): đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện ứng với điện áp định mức - Tần số làm việc định mức (fđm): tần số điện áp làm việc tụ điện - Điện áp đánh thủng (Uđt): giá trị điện áp phóng điện tụ làm phá hủy chất điện môi [...]...4 Tụ điện cao thế 4.1 Khái quát Tụ điện cao áp là thiết bị điện có khả năng tích và phóng điện trong mạch điện cao áp Muốn tích điện cho tụ bù người ta nối hai bản cực củ tụ bù vào nguồn điện, bản tụ nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản cực nối với cực âm sẽ tích điện âm Khi tụ điện tích điện thì điện trường trong tụ bù sẽ tích một năng lượng, đó là năng lượng điện trường Đại lượng... lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ được gọi là điện dung của tụ điện Ký hiệu là C và được xác định như sau: C = Q/U với Q là điện tích của tụ và U là hiệu điện thế giữa 2 bản cực Tụ điện cao thế được sử dụng chủ yếu đề bù công suất phản kháng trong lưới điện Tụ điện được chia thành nhiều loại: tụ điện khô, tụ điện dầu 4.2 Cấu tạo Hình 10: Hình ảnh tự điện cao thế Gồm 2 bản cực được làm bằng... hiệu dụng của điện áp đặt lên hai cực của tụ điện trong chế độ làm việc dài hạn mà không làm hỏng tụ điện - Điện dung của tụ điện (Cđm): là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ứng với điện áp định mức - Tần số làm việc định mức (fđm): là tần số của điện áp làm việc của tụ điện - Điện áp đánh thủng (Uđt): là giá trị điện áp phóng điện giữa 2 bản tụ làm phá hủy chất điện môi ... VDC: Là điện áp nguồn nạp; е=2.71828: Là hằng số logarit; t: Là thời gian tụ nạp; τ = R*C: Là hằng số nạp-xả của tụ điện Như vậy thời gian nạp càng lâu thì hiệu điện thế trên hai bản tụ càng tăng, tuy nhiên trên thực tế khi t = 5τ thì tụ nạp được 99% và coi như nạp đầy Đồng thời ta cũng thấy rằng khi C càng lớn thì thời gian nạp càng lâu Khi xả VC(t) =VDC*е -t/τ 4.4 Thông số kỹ thuật của tụ điện - Điện. .. đặt chất cách điện gọi là điện môi (thường là giấy cách điện tẩm dầu hoặc ngâm trong dầu) Tất cả được cố định trong thùng kín Hai cầu cực được lấy ra ngoài bằng sứ xuyên 4.3 Nguyên lý hoạt động Quá trình phóng nạp của tụ điện: Khi nạp hiệu điện thế giữa hai bản tụ thay đổi theo thời gian được xác định bằng công thức: VC(t) =VDC (1-е -t/τ ) Trong đó: VC(t): Là hiệu điện thế giữa hai bản tụ theo thời ... Dựa vào vị trí l p đặt, chia l m loại điện kháng: điện kháng nhà điện kháng trời Dựa vào cấu tạo, chia l m loại điện kháng: Điện kháng đơn điện kháng kép Dựa vào cách điện chia l m loại kháng điện:... tải l u dài (có Rơle nhiệt) - Thoả mãn điều khởi động (dòng điện khởi động từ đến l n dòng điện định mức) 2.3 Cấu tạo nguyên l hoạt động 2.3.1 Cấu tạo - Khởi động từ đơn gồm contactor role nhiệt... hút Khi mạch điện tải hay ngắn mạch, l c hút điện từ nam châm điện l n l c l xo l m cho nam châm điện hút phần ứng xuống l m bật nhả móc 3, móc thả tự do, l xo kéo tiếp điểm động aptomat tách