Bài giảng Khí cụ điện: Cầu chì hạ áp

Bài giảng Khí cụ điện: Cầu chì hạ áp trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại, đặc tính của cầu chì. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.

Trang 1

KHÍ CỤ ĐIỆN

1

Trang 2

NÔI DUNG BAI GIANG ̣ ̀ ̉

1 CẤU TẠO CẦU CHÌ

2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

3 PHÂN LOẠI CẦU CHÌ

4 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC

4.1 ỨNG SUẤT NHIỆT.

4.2 ĐẶC TÍNH AMPERE GIÂY – DÒNG TIỀM NĂNG 4.3 VÙNG NGẮT MẠCH KHÔNG CHẮC CHẮN

4.4 CỔNG GIỚI HẠN XÁC ĐỊNH VÙNG TRÊN ĐẶC TÍNH AMPERE GIÂY.

4.5 ĐẶC TUYẾN DÒNG NGẮT MẠCH

(CUT-OFF CURRENT CHARACTERISTIC)

5 ỨNG DỤNG CỦA CÂU CHÌ

5.1 CHỌN CẦU CHÌ BẢO VỆ QUÁ TẢI.

5.2 CHỌN CẦU CHÌ BẢO VỆ NGẮN MẠCH

Trang 3

1 CẤU TẠO CỦA CẦU CHÌ

Cầu chì hạ thế bao gồm 4 thành phần chính :

v Phần Tử Ngắt Mạch

v Vật liệu lấp đầy.

v Các đầu nối.

3

Phần tử ngắt mạch

Vật liệu lấp đầy

Thân cầu chì

Trang 4

PHẦN TỬ NGẮT MẠCH: là thành phần chính của cầu chì,

có các đặc tính như sau:

Có điện trở suất rất bé (thường bằng bạc, đồng, hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận).

mỏng.

Trang 5

VẬT LIỆU LẮP ĐẦY bao bọc quanh phần

tử ngắt mạch trong thân cầu chì, thường bằng vật liệu silicat ở dạng hạt

Vật liệu lắp đầy phải:

sinh ra do hồ quang.

tượng ngắt mạch.

5

Trang 6

THÂN CỦA CẦU CHÌ: thường bằng thủy tinh, ceramic (sứ gốm ) hay các vật liệu khác tương đương

Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tính chất:

đựng được các sự thay đổi nhiệt độ đột

Trang 7

CÁC ĐẦU NỐI: dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bị đóng ngắt mạch, đồng thời phải đảm bảo tính tiếp xúc điện tốt.

7

Trang 8

CẦU CHÌ

DÙNG TRONG

MẠCH ĐIỆN Ô TÔ

Trang 9

9

Trang 10

VỎ HỘP (HOLDER) CỦA CẦU CHÌ

Cầu chì dùng trong

mạch nạp điện Accu

Trang 11

Trang 12

Trang 13

ĐẾ CHÂN (SOCKET) CỦA CẦU CHÌ DẠNG XOAY

Trang 14

Vỏ hộp Cầu chì

dùng trong tủ phân

phối cung cấp điện

FUSE SWITCH

Trang 17

HÌNH 1: Mặt cắt của loại cầu chì dùng một phần tử ngắt mạch.

dòng quá tải Một phần tiết diện của phần tử ngắt mạch nóng chảy sinh ra hồ quang điện.

đơn của cầu chì tạo ngắt

quá tải.

phần tử ngắt mạch bị đốt nóng chảy tức thì.

đơn của cầu chì tạo ngắt mạch, sau khi xảy ra sự cố ngắn mạch.

17

2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẦU CHÌ

Trang 18

CẦU CHÌ DÙNG PHẦN TỬ NGẮT MẠCH KÉP

bảo vệ quá tải

Trang 19

3 PHÂN LỌAI CẦU CHÌ THEO TÍNH NĂNG LÀM VIỆC

BẢ O VỆ QUÁ DÒ NG VÀ NGẮ N MẠCH

BẢ O VỆ NGẮ N MẠCH BẢ O VỆ QUÁ DÒ NG

CẤ P S CẤ P H CẤ P G CẤ P J CẤ P L CẤ P R CẤ P T CC/CD CẤ P CẤ P K

SỬ DỤNG

1 LẦ N

CÓ THỂ PHỤC HỒ I

CẤ P RK1

CẤ P RK5

CẤ P K1

CẤ P K5

Trang 20

Loại Công dụng Dảy giá trị

ngắt mạch

aM Bảo vệ ngắn mạch cho mạch động cơ

Cục bộ

aR Bảo vệ ngắn mạch cho linh kiện bán dẫn.

gG Mục tiêu tổng quát: bảo vệ chủ yếu dây dẫn

Toàn phần

gM Bảo vệ mạch động cơ

gN Mục tiêu tổng quát: bảo vệ chủ yếu dây dẫn

Theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ (North American)

gD Mục tiêu tổng quát ngắt mạch có thời gian trễ

Theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ (North American)

gR, gS Bảo vệ linh kiện bán dẫn

gTr Bảo vệ máy biến áp

gL, gF, gl Các mẫu cầu chì được thay thế bằng gG

Phân loại cầu chì theo tiêu chuẩn IEC 60269

Trang 21

4 ĐẶC TÍNH CỦA CẦU CHÌ

Trường hợp dòng định mức qua cầu chì ( In ):

Dòng định mức In của cầu chì là giá trị qui định của nhà sản xuất ghi trên thân cầu chì.

Nhiệt lượng sinh ra bởi điện trở của cầu chì không làm

hư hỏng cầu chì

Nhiệt độ trên cầu chì cân bằng tại một giá trị nào đó , nhưng không làm lảo hóa cầu chì

Trường hợp dòng điện ngắn mạch qua cầu chì :

Sự cân bằng trên cầu chì bị phá hủy , nhiệt lượng trên cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá hủy cầu chì

Quá trình phá hủy cầu chì được phân thành hai giai đọan:

§ Quá trình tiền hồ quang diễn ra trong thời gian tp

§ Quá trình sinh ra hồ quang trong khoảng thời gian ta

Trang 22

QUÁ TRÌNH NGẮT MẠCH KHI XÃY RA SỰ CỐ QUÁ DỊNG

Dòng điện trước

khi có sự cố

Dòng điện sau khi có sự cố nếu không ngắt mạch

Dòng điện sau khi có sự cố khi có ngắt mạch trong nửa chu kỳ

Thời gian tiền hồ quang Thời gian sinh hồ quang

I

Trang 23

4.1 ỨNG SUẤT NHIỆT

Thời gian ngắt của cầu chì phụ thuộc vào tổng nhiệt lượng tích lũy và duy trì trong cầu chì Nhiệt lượng này

nội của cầu chì.

Xác định tổng giá trị nhiệt lượng để tìm ra dòng hiệu dụng trung bình dùng bảo vệ dây cable và thiết bị được

lắp đặt phía sau cầu chì.

I2t) là năng lượng dùng đốt nóng chảy phần tử ngắt mạch.

Khi giai đoạn hồ quang diễn ra , năng lượng thu nhận trên cầu chì trong quá trình này được goị là năng lượng hồ quang (Arcing (I2t)).

Trang 24

Năng lượng nhiệt tổng xác định trong hai giai đoạn

trong suốt quá trình ngắt mạch của cầu chì Ứng suất nhiệt còn được gọi là Clearing (I2t).

Trang 25

25

Trang 26

Đặc tính ampère giây là đồ thị hay đường biểu diễn

mô tả mối quan hệ giữa dòng hiệu dụng sự cố qua cầu chì và giá trị trung bình của thời gian ngắt mạch.

(Dòng sự cố có giá trị lớn gấp dòng định mức nhiều lần)

4.2 ĐẶC TÍNH AMPERE GIÂY

Trang 27

ĐẶC TÍNH AMPERE GIÂY CỦA CẦU CHÌ LỌAI aM VÀ gG

Điểm quá tải

Điểm ngắn mạch

Đặc tính Ampère giây của cầu chì

t

In

I S c

Vùng bảo vệ quá tải

CẦU CHÌ LỌAI A

I

Điểm ngắn mạch

Đặc tính Ampère giây của cầu chì

Trang 28

Đặc tính ampère giây cầu chì gG - 500V - ABB

Trang 30

Đặc tính ampère giây cầu chì aM - 500V - ABB

Trang 32

CHÚ Ý:

Dòng tiềm năng (prospective current) được định nghĩa trong mục 8.5.7 trong tiêu chuẩn IEC 60269 -1, đề mục thực hiện các thí nghiệm xác định đặc tính ampere giây như sau:

Với mạch xoay chiều, dòng tiềm năng là giá trị hiệu dụng của thành phần xoay chiều trong đường cong định chuẩn tại lúc bắt đầu xảy ra hồ quang.

Nếu khoảng thời gian từ lúc xảy ra ngắn mạch đến lúc hồ quang bắt đầu sinh ra ngắn hơn một nửa chu kỳ thì

dòng tiềm năng được đo trong nửa chu kỳ

Khi quá trình ngắt mạch xảy ra, dòng tiềm năng là giá trị cực đại luôn luôn đạt được trong biểu đồ định chuẩn Khi dòng tồn tại các nhấp nhô (ripple), đường cong dòng hiệu dụng được vẽ ra và giá trị dòng cực đại được xem là dòng tiềm năng

Trang 33

a./ Giản đồ dòng và áp tức thời qua mạch khi có sự cố ngắn mạch (dùng định chuẩn)

b./ Giản đồ quá trình ngắt mạch, hồ quang sinh ra chậm hơn 180o điện

sau khi sự cố xảy ra.

(đo trong lúc thử nghiệm)

c./ Giản đồ quá trình ngắt mạch, hồ quang sinh ra sớm hơn 180o điện

sau khi sự cố xảy ra.

(đo trong lúc thử nghiệm)

o 1

Trang 34

.

Trang 35

Dòng định mức In của cầu chì gG

Dòng đặc tính Ich của cầu chì gM

[A]

Thời gian qui ước

Đối với cầu chì loại aM dùng bảo vệ ngắn mạch, thời gian khảo sát qui ước được thực hiện trong 60s với các giá trị dòng qui ước I nf = 4.I n và I f = 6,3.In

Trang 36

4.4 GIÁ TRỊ CỔNG - VÙNG TRÊN ĐẶC TUYẾN AMPERE GIÂY

Các đặc tính ampere giây được cung cấp từ các nhà sản xuất thường có sai số trong phạm vi 30%

Trang 37

Giá trị cổng xác định vùng cho đặc tính Ampere giây

của cầu chì gG và gM

Trang 38

CẦU CHÌ aM

Cầu chì a M Có 6 giá trị cổng được xác định dựa vào các giá trị dòng Ip , If và thời gian ngắt mạch Trong đó :

Ip : giá trị dòng hiệu dụng tạo

ra giai đoạn tiền hồ quang hay

cầu chì Có thể xem giá trị này là dòng hiệu dụng tối thiểu ngắt mạch.

If : giá trị dòng hiệu dụng tối đa đảm bảo ngắt mạch.

Thời gian ngắt mạch [s] Ip If

Trang 39

39

Trang 41

So sánh Đặc Tính Ampere giây của cầu chì gG và aM

Trang 42

4.5 ĐẶC TÍNH DÒNG NGẮT MẠCH (CUT-OFF CURRENT)

Đặc tính dòng ngắt mạch là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng

ngắt mạch (cut-off current) là giá trị dòng tức thời cực đại đạt được trong suốt quá trình ngắt mạch của cầu chì.

Trang 43

Phương pháp đọc Đặc Tính “cut-off current”

Trang 44

Đặc Tính Dòng Ngắt Mạch cầu chì T cắt nhanh (Cooper Busman)

Trang 45

5 ỨNG DỤNG CỦA CẦU CHÌ

5.1 CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC CỦA CẦU CHÌ

Áp định mức (Un): là áp hiệu dụng xoay chiều tối đa cho phép xuất hiện ở 2 đầu cầu chì khi xảy ra quá trình ngắt mạch Tần số nguồn điện trong phạm vi 18Hz đến 62 Hz.

thường xuyên.

Trang 46

Đặc tính của mạch điện

Đặc tính của cầu chì

Theo tiêu chuẩn IEC 60364-4-43 (Electrical installation of

đoạn dây dẫn đến tải) cần thỏa các điều kiện sau:

Ib là dòng hiệu dụng thực sự qua mạch Tải

IZ là dòng hiệu dụng dùng xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện lắp đặt.

I2 là dòng bảo đảm ngắt mạch có hiệu quả trong thời gian qui ước của khí cụ bảo vệ.

5.2 CHỌN KHÍ CỤ BẢO VỆ QUÁ TẢI

n

Trang 47

Riêng đối với điều kiện được viết lại như sau

Vì nên suy ra

Tóm lại

Điều kiện chọn cầu chì quá tải :

Trang 48

THÍ DỤ 1:

Cho Tải 3 pha cân bằng tiêu thụ công suất tác dụng 120

kW , hệ số công suất của Tải là 0,85 trễ Biết Áp Dây nguồn

là V d = 380 V,

Nếu dòng hiệu dụng dùng tính toán dây dẫn cấp đến Tải là I Z = 250 A, thì nên chọn cầu chì bảo vệ cho Tải có đặc tính như thế nào ?

GIẢI

v Dòng hiệu dụng thực sự cấp đến Tải:

v Giá trị dòng giới hạn 0,9.IZ là :

v Giá trị dòng giới hạn 1,45.IZ là :

Trang 49

v Dòng định mức I n của cầu chì loại gG được xác định như sau:

Tóm lại

v Giả sử chọn cầu chì loại gG mã số 3NA3142 của nhà

sản xuất Siemens, với dòng định mức I n = 224 A.

v Kiểm tra giá trị I f của cầu chì gG

Trang 51

5.3 CHỌN KHÍ CỤ BẢO VỆ NGẮN MẠCH

Khi cần bảo vệ cho đoạn dây dẫn cấp nguồn từ cầu chì đếnTải , lúc có sự cố ngắn mạch trên đầu Tải, dòng ngắn mạch sẽ qua đoạn dây dẫn và cầu chì.

Trong trường hợp này cầu chì cần tác động nhanh để

tránh tình trạng phát nóng dây dẫn quá mức cho phép

Theo tiêu chuẩn IEC trong trường hợp cần so sánh hai giá trị ứng suất nhiệt của cầu chì và ứng suất nhiệt cho phép của dây dẫn Gọi:

là ứng suất nhiệt của cầu chì trong toàn bộ thời gian ngắt mạch.

là ứng suất nhiệt của dây dẫn sinh ra trong toàn bộ thời gian cầu chì ngắt mạch.

Điều kiện cần thỏa là :

Trang 52

Theo tiêu chuẩn IEC 60724 ứng suất nhiệt của dây dẫn thỏa quan hệ sau:

A là tiết diện của dây dẫn tính theo đơn vị [mm2]

K là hệ số của dây dẫn phụ thuôc vào vật liệu dây dẫn và vật cách điện bọc quanh dây dẫn Giá trị K theo chuẩn IEC

60724 cho trong bảng sau:

Trang 53

THÍ DỤ 2

Với số liệu tìm được trong thí dụ 1, kiểm chứng khả năng bảo vệ dây dẫn khi có sự cố ngắn mạch bằng cầu chì gG 224 A mã số 3NA3142 của Siemens Biết dây dẫn là PVC có tiết diện 100 mm2 và dây dẫn làm bằng đồng.

Trang 54

Dòng ngắn mạch

khoảng 1800 A , ứng với thời gian ngắt mạch là

1s

Dòng ngắn mạch

khoảng 2800 A, ứng với thời gian ngắt mạch là 0,1s

Trang 55

Ứng suất nhiệt cầu chì khoảng 3,5

ngắt mạch là 1s

Ứng suất nhiệt cầu chì khoảng 0,8

(kA)2s với thời gian ngắt mạch là 0,1s

Trang 56

Thời gian ngắt mạch Ứng suất nhiệt cầu chì Ứng suất nhiệt dây dẫn

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	6,53 MB