BAI GIANG KHI CU DIEN 2018 noi bo

LỜI NĨI ĐẦU Đất nước Việt Nam cơng cơng nghiệp hố - đại hố, kinh tế đà phát triển, việc sử dụng thiết bị điện, khí cụ điện vào xây lắp khu công nghiệp, khu chế xuất – liên doanh, khu nhà cao tầng ngày nhiều Vì việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính tốn lựa chọn sử dụng khí cụ điện cần thiết cho sinh viên học ngành Điện Ngoài cần phải cập nhật thêm công nghệ không ngừng cải tiến nâng cao thiết bị điện Với vai trò quan trọng xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình mơ đun Trường CĐKT Cơng Nơng nghiệp Quảng Bình Chúng tơi biên soạn giảng Khí cụ điện gồm chương với nội dung sau: - Chương 1: Khí cụ điện đóng cắt - Chương 2: Khí cụ điện bảo vệ - Chương 3: Khí cụ điện điều khiển Bài giảng Khí cụ điện biến soạn phục vụ cho công tác giảng dạy giáo viên tài liệu học tập sinh viên - học sinh Do chun mơn thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi thiết sót, mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp bạn đọc để sách đạt chất lượng cao Xin trân trọng cám ơn! TÁC GIẢ Chương 1: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐỐNG CẮT BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN Khái niệm khí cụ điện: 1.1 Định nghĩa - Khí cụ điện thiết bị điện dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh bảo vệ lưới điện, mạch điện, máy điện máy móc sản xuất - Khí cụ điện sử dụng rộng rãi nhà máy phát điện, trạm biến áp, xí nghiệp, cơng nghiệp, nơng nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông vận tải quốc phòng 1.2 Phân loại Để thuận lợi cho nghiên cứu sử dụng sửa chữa khí cụ điện, người ta phân loại sau: a Theo công dụng gồm có: - Khí cụ điện dùng để đóng, cắt, lưới điện, mạch điện ( cầu dao, áptomát, cầu chì…) - Khí cụ điện dùng để mở máy, điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp dịng điện ( cơng tác tơ, khởi động từ, biến trở, điện trở…) - Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện ( rơle, áptomát, cầu chì…) - Khí cụ đo lường ( MBD, MBA đo lường) b.Theo điện áp gồm có: - Khí cụ điện cao thế: chế tạo để dùng điện áp định mức từ 1000V trở lên - Khí cụ điện hạ thế: chế tạo để dùng điện áp 1000V c Theo loại dịng điện: - Khí cụ điện dùng mạch điện chiều xoay chiều d Theo nguyên lý làm việc có loại: Điện tử, cảm ứng nhiệt, có tiếp điểm khơng có tiếp điểm… e Theo điều kiện việc dạng bảo vệ, gồm có: Khí cụ điện làm việc vùng nhiệt đới, vùng có nhiều rung động, vùng có mỏ khí nổ… 1.3 Các yêu cầu khí cụ điện: Khí cụ điện cần phải thoả mãn yêu cầu sau: - Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với thông số kỹ thuật định mức Nói cách khác: dịng điện qua vật dẫn khơng vượt q trị số cho phép khơng làm nóng khí cụ điện chóng hỏng - Khí cụ điện phải ổn định nhiệt ổn định điện động Vật liệu phải chịu nóng tốt có cường độ khí cao q tải hay ngắn mạch, dịng điện lớn làm khí cụ điện bị hư hỏng hay biến dạng - Vật liệu cách điện phải tốt để xảy điện áp phạm vi cho phép, khí cụ điện khơng bị chọc thủng - Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc xác, an tồn, song phải gọn nhẹ, rẻ tiền dễ gia công, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra sửa chữa - Ngồi khí cụ điện phải làm việc ổn định điều kiện khí hậu mơi trường u cầu Sự phát nóng khí cụ điện Sau bảng nhiệt độ cho phép số vật liệu: Vật liệu làm khí cụ điện Vật liệu khơng bọc cách điện để xa Nhiệt độ cho phép ( C) 110 cách điện Dây nối dạng tiếp xúc cố định 75 Vật liệu có tiếp xúc dạng hình ngón 75 Tiếp xúc trượt Đồng vầ hợp kim Đồng 110 Tiếp xúc má bạc 120 Vật không dẫn điện không bọc cách điện 110 Vật liệu cách điện Cấp cách nhiệt Nhiệt độ cho Vải sợi, giấy không tẩm cách điện Y phép ( C) 90 Vải sợi, giấy có tẩm cách điện A 105 Hợp chất tổng hợp E 120 Mica, sợi thuỷ tinh B 130 Mica, sợi thuỷ tinh có tẩm cách điện F 155 Chất tổng hợp Silic H 180 Sứ cách điện C >180 Dòng điện chạy qua vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên Nếu nhiệt độ vượt qua giá trị cho phép, khí cụ điện nhanh hỏng, vật liệu cách điện nhanh hoá già độ bền khí kim loại giảm nhanh chóng - Sự phát nóng tổn hao nhiệt định Đối với khí cụ điện chiều tổn hao đồng, khí cụ điện xoay chiều tổng tổn hao đồng sắt - Nguồn phát nóng khí cụ điện: dây dẫn có dịng điện chạy qua, cầu chì, chóng sét số khí cụ khác phát nóng hồ quang + Tuỳ theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác có chế độ làm việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn làm việc ngắn hạn lặp lại 2.1 Phát nóng vật thể đồng chất chế độ làm việc dài hạn: Chế độ làm việc dài hạn: chế độ khí cụ làm việc thời gian dài t > t 1, t1 thời gian phát nóng khí cụ điện từ nhiệt độ môi trường xung quanh đến nhiệt độ ổn định với phụ tải không thay đổi hay thay đổi Khi độ chênh nhiệt độ đạt tới trị số ổn định 2.2 Sự phát nóng vật thể đồng chất làm việc chế độ ngắn hạn Chế độ ngắn hạn: chế độ mà khí cụ điện làm việc thưịi gian ngắn t < t1, độ chênh lệch nhiệt độ chưa đạt đến trị số ổn định nghỉ 2.3 Sự phát nóng vật thể đồng chất làm việc ngắn hạn lặp lại Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: chế độ mà khí cụ điện làm việc theo chu trình: làm việc - nghỉ - làm việc… Thời gian chu kỳ không 10 phút Khí cụ điện làm việc nhiệt độ chưa tăng đến trị số ổn định nghỉ, song thời gian nghỉ ngắn hạn nên nhiệt độ chưa giảm xuống tới nhiệt độ môi trường xung quanh làm việc Tiếp xúc điện 3.1 Khái niệm Tiếp xúc điện nơi mà dòng điện từ vật dẫn sang vật dẫn khác Bề mặt tiếp xúc hai vật dẫn gọi tiếp xúc điện *Các yêu cầu tiếp xúc điện: - Nơi tiếp xúc điện phải chắn, đảm bảo - Mối nối tiếp xúc phải có độ bền khí cao - Mối nối khơng phát nóng q gía trị cho phép - Ổn định nhiệt ổn định động có dịng điện cực đại qua - Chịu tác đơng mơi trường (nhiệt độ, chất hố học ) Để đảm bảo yêu cầu trên, vật liều dùng làm tiếp điểm có yêu cầu: - Điện dẫn nhiệt dẫn cao - Độ bền chổng rỉ khơng khí 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 phận đóng ngắt - Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy) - Đơn giản gia cơng, giá thành hạ - Một số vật liều dùng làm tiếp điểm: Đồng, Bạc, Nhôm, Vonfram 3.2 Phân loại tiếp xúc điện Dựa vào kết cấu tiếp điểm, có loại tiếp xúc điện sau: Tiếp xúc cố định Các tiếp điểm nối cố định với chi tiết dẫn dòng điện là: cái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch Trong q trình sử dụng, hai tiếp điểm gắn chặt vào nhờ bu – lơng, hàn nóng hay nguội Tiếp xúc đóng mở Là tiếp xúc để đóng ngắt mạch điện Trong trườnghợp p`hát sinh hồ quang điện, cần xác định khoảng cách tiếp điểm tĩnh động dựa vào dòng điện định mức, điện áp định mức chế độ làm việc khí cụ điện Tiếp xúc trượt Là tiếp xúc cổ góp vành trượt, tiếp xúc dễ sinh hồ quang điện 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc - Vật liệu làm tiếp điểm: vật liệu mềm tiếp xúc tốt - Kim loại làm tiếp điểm khơng bị ơxy hóa - Lực ép tiếp điểm lớn tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc - Nhiệt độ tiếp điểm cao điện trở tiếp xúc lớn - Diện tích tiếp xúc - Thông thường dùng hợp kim để làm tiếp điểm Hồ quang phương pháp dập tắt hồ quang 4.1 Khái niệm Trong khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (cầu dao, contactor, rơle ) chuyển mạch phát sinh tượng phóng điện Nếu dòng điện ngắt 0,1A điện áp tiếp điểm khoảng 250 – 300V tiếp điểm phóng điện âm ỉ Trường hợp dịng điện điện áp cao trị số bảng sau sinh hồ quang điện Vật liệu làm tiếp điểm Palatin Vàng Bạc Vonfram Đồng Than U(V) I(A) 17 0,9 15 12 17 12,3 18 – 22 0,38 0,4 0,9 0,43 0,03 4.2 Tính chất phóng điện hồ quang - Phóng điện hồ quang xảy dịng điện có trị số lớn - Nhiệt độ trung tâm hồ quang lớn khí cụ đến 6000¸8000co - Mật độ dịng điện Catốt lớn (104 ¸ 105 A/cm2 - Sụt áp Catốt 10 - 20V thực tế khơng phụ thuộc vào dịng điện 4.3 Q trình phát sinh dập tắt hồ quang điện Quá trình phát sinh hồ quang điện: Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách chúng nhỏ tỏng điện áp đặt có trị số định, khoảng khơng gian sinh điện trường có cường độ lớn (3.107V/cm) làm bật điện tử từ Catôt gọi phát xạ tự động điện tử (gọi phát xạ nguội điện tử) Số điện tử nhiều, chuyển động tác dụng điện trường làm ion hố khơng khí gây hồ quang điện Đối với tiếp điểm có dịng điện lớn, trình phát sinh hồ quang phức tạp Lúc đầu mở tiếp điểm, lực ép chúng có trị số nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc để dịng điện di qua Mật độ dịng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn A/cm2, tiếp điểm phát nóng tăng đến mức làm cho giọt kim loại kéo căng trở thành cầu chất lỏng nối liền hai tiếp điểm này, nhiệt độ cầu chất lỏng tiếp tục tăng, lúc cầu chất lỏng bơc hới không gian hai tiếp điểm xuất hồ quang điện Vì q trình phát nóng cầu thực nhanh nên bốc hới mang tính chất nổ Khi cầu chất lỏng cắt kéo theo mài mòn tiếp điểm, điều quan trọng ngắt dịng điện q lớn hay q trình đóng mở xảy thường xuyên Quá trình dập tắt hồ quang điện Điều kiện dập tắt hồ quang trình ngược lại với trình phát sinh hồ quang: - Hạ nhiệt độ hồ quang - Kéo dài hồ quang - Chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ - Dùng lượng bên ngồi để thổi tắt hồ quang - Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ lượng hồ quang thiết bị để dập tắt hồ quang - Hạ nhiệt độ hồ quang cách dùng khí dầu làm nguội, dùng vách ngăn để hồ quang cọ xát - Chia hồ quang thành nhiều cột nhỏ kéo dài hồ quang cách dùng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ thổi khí dập tắt - Dùng lương bên ngồi để thổi tắt hồ quang, lượng tạo áp suất để thổi tắt hồ quang - Mắc điện trở Shunt để tiêu thụ lượng hồ quang (dùng điện trở mắc song song với hai tiếp điểm sinh hồ quang) Lực điện động 5.1 Lực điện động: Là lực sinh vật dẫn mang dịng điện đặt từ trường Lực tác dụng lên vật dẫn có xu hướng làm thay đổi hình dạng vật dẫn để từ thơng xun qua mạch vịng vật dẫn có giá trị cực đại: - Trong điều kiện bình thường, lực dịng điện động nhỏ không gây nên biến dạng chi tiết mang dịng điện khí cụ điện - Khi có ngắn mạch, lực trở nên lớn gây nên biến dạng hay phá hỏng chi tiết chí khí cụ điện  Vì cần phải tiến hành tính tốn khí cụ điện mặt sức bên chịu lực điện động, nghĩa khơng bị phá hỏng có dịng điện ngắn mạch cực đại tức thời chạy qua 5.2 Lực điện động số dạng dây dẫn: - Lực điện động tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện i - Lực điện động hai dây dẫn song song có tiết diện tròn, mang dòng điện i1 i2 - Lực điện động hai dây dẫn song song có tiết diện chử nhật - Lực điện động dây thẳng - Lực điện động tác dụng lên vòng dây dẫn mang dòng điện vòng dây với - Lực điện động tác dụng lên dây dẫn có điện đặt cạnh khối sắt từ BÀI 2: CƠNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN Cơng dụng khí cụ điện - Khí cụ điện sử dụng rộng rãi nhà máy phát điện, trạm biến áp, xí nghiệp, cơng nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông vận tải quốc phịng Phân loại khí cụ điện Để thuận lợi cho nghiên cứu sử dụng sửa chữa khí cụ điện, người ta phân loại sau: * Theo cơng dụng gồm có: - Khí cụ điện dùng để đóng, cắt, lưới điện, mạch điện ( cầu dao, áptomát, cầu chì…) - Khí cụ điện dùng để mở máy, điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp dịng điện ( cơng tác tơ, khởi động từ, biến trở, điện trở…) - Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện ( rơle, áptomát, cầu chì…) - Khí cụ đo lường ( MBD, MBA đo lường) * Theo điện áp gồm có: - Khí cụ điện cao thế: chế tạo để dùng điện áp định mức từ 1000V trở lên - Khí cụ điện hạ thế: chế tạo để dùng điện áp 1000V * Theo loại dịng điện: - Khí cụ điện dùng mạch điện chiều xoay chiều * Theo nguyên lý làm việc có loại: Điện tử, cảm ứng nhiệt, có tiếp điểm khơng có tiếp điểm… * Theo điều kiện việc dạng bảo vệ, gồm có: Khí cụ điện làm việc vùng nhiệt đới, vùng có nhiều rung động, vùng có mỏ khí nổ… Các u cầu khí cụ điện 10 ... tắc xoay: dùng để đóng, cắt, chuyển đổi mạch điện cu? ??n dây hút công tắc tơ… - Công tắc hành trình cu? ??i hành trình: đóng, ngắt mạch điện điều khi? ??n truyền động điện tự động hoá * Phân loại theo... ngắt mạch điện điều khi? ??n truyền động điện tự động hóa, tùy thuộc vào vị trí cử gạt cấu chuyển động khí nhằm tự động điều khi? ??n hành trình làm việc hay tự động ngắt điện cu? ??i hành trình để đảm... má ngậm dao ngày xấu, việc cấp điện khơng tốt Khi cần cắt điện, lấy giấy nhám đánh lại vùng bị cháy, nắn lại má ngậm dao để tiếp xúc chúng tốt - Khi có cố ngắn mạch xảy ra, dây chảy bị cháy đứt