Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách giữa chúng nhỏ khi điện áp đặt có trị số nhất định, vì vậy trong khoảng không gian này sẽ sinh ra điện trường có cường độ rất lớ[r]
(1)BÀI KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN I KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤĐIỆN
1 Khái niệm khí cụ điện
Khí cụ điện thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh lưới điện, mạch điện, loại máy điện máy trình sản xuất
Khí cụ điện làm việc lâu dài mạch dẫn điện, nhiệt độ khí cụ điện tăng lên gây tổn thất điện dạng nhiệt đốt nóng phận dẫn điện cách điện khí cụ Vì khí cụ điện làm việc chế độ nhiệt độ phận phải không giá trị cho phép làm việc an toàn lâu dài
2 Sự phát nóng khí cụ điện
Vật liệu làm khí cụ điện Nhiệt độ cho phép (oC) Vật liệu không bọc cách điện để xa
cách điện
110
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 phép (oC) Vải sợi, giấy không tẩm cách điện Y 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
Tuỳ theo chế độ làm việc khác nhau, khí cụ điện có phát nóng khác nhau:
A Chế độ làm việc lâu dài khí cụ điện
Khí cụ điện làm việc lâu dài, nhiệt độ khí cụ điện bắt đầu tăng đến nhiệt độ ổn định khơng tăng nũa, lúc toả nhiệt môi trường xung quanh
B Chế độ làm việc ngắn hạn khí cụ điện
(2)C Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại khí cụ điện
Nhiệt độ khí cụ điện tăng lên khoảng thời gian khí cụ làm việc, nhiệt độ giảm xuống khoảng thời gian khí cụ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban đầu khí cụ điện làm việc lặp lại Sau khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn gần nhiệt độ giảm nhỏ khí cụ điện đạt chế độ dừng
3 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 nơi 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 mịn phận đóng ngắt - Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy)
- Đơn giản gia công, 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: a) Tiếp xúc cố định
Các tiếp điể nối cố định với chi tiết dẫn dòng điện là: cái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch Trong trình sử dụng, hai tiếp điểm gắn chặt vào nhờ bu - lông, hàn nóng hay nguội
b) Tiếp xúc đóng mở
Là tiếp xúc để đóng ngắt mạch điện Trong trườnghợp ơhát 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
c) 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
(3)- Diện tích tiếp xúc
Thơng thường dùng hợp kim để làm tiếp điểm 4 Các nguyên nhân hư hỏng cách khắc phục * Các nguyên nhân hư hỏng
a Ăn mòn kim loại
Trong thực tế chế tạo dù gia công bề mặt tiếp xúc tiếp điểm lỗ nhỏ li ti
Trong vận hành nước chất có hoạt tính hóa học cao thấm vào đọng lại lỗ nhỏ gây phản ứng hóa học tạo lớp màng mỏng giòn
Khi va chạm q trình đóng lớp màng dễ bị bong Do bề mặt tiếp xúc bị mòn dần, tượng gọi tượng ăn mịn kim loại b Oxy hóa
Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng bề mặt tiếp xúc, điện trở suất lớp oxit lớn nên làm tăng Rtx dẫn đến gây phát nóng tiếp điểm
Mức độ gia tăng Rtx bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa cịn tùy nhiệt độ Ở 20-30oC có lớp oxít dày khoảng 25.10-6mm
c Điện hóa kim loại
Mỗi chất có điện hóa học định Lấy H làm gốc có điện âm (-) ta có bảng số kim loại có điện hóa học bảng sau:
Hai kim loại có điện hóa học khác tiếp xúc tạo nên cặp hiệu điện hóa học, chúng có hiệu điện
Nếu bề mặt tiếp xúc có nước xâm nhập có dịng điện chạy qua, kim loại có điện học âm bị ăn mòn trước làm nhanh hỏng tiếp điểm d Hư hỏng điện
Thiết bị điện vận hành lâu ngày không bảo quản tốt lò xo tiếp điểm bị hoen rỉ yếu không đủ lực ép vào tiếp điểm
Khi có dịng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phát nóng gây nóng chảy, chí hàn dính vào Nếu lực ép tiếp điểm yếu phát sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm
Ngoài ra, tiếp điểm bị bẩn, rỉ tăng điện trở tiếp xúc, gây phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếp điểm
* Cách khắc phục hư hỏng
Đối với tiếp xúc cố định : nên bôi lớp mỡ chống rỉ quét sơn chống ẩm
Khi thiết kế ta nên chọn vật liệu : có điện hóa học giống gần cho cặp
Nên sử dụng vật liệu khơng bị oxy hóa làm tiếp điểm
Mạ điện tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau thường mạ thiếc, mạ bạc, mạ kẽm tiếp điểm thép thường mạ cađini, kẽm,
Thay lò xo tiếp điểm: lò xo rỉ, yếu làm giảm lực ép làm tăng điện trở tiếp xúc, cần lau tiếp điểm vải mềm thay lò xo nén lực nén yếu
Kiểm tra sửa chữa cải tiến: cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút ngắn thời gian dập hồ quang điều kiện cho phép
(4)Trong khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện (cầu dao, contactor, rơle ) chuyển mạch phát sinh tượng phóng điện Nếu dịng điện ngắt 0,1A điện áp tiếp điểm khoảng 250 - 300V tiếp điểm phóng điện âm ỉ Trường hợp dòng điện điện áp cao trị số bảng sau sinh hồ quang điện
Vật liệu làm tiếp điểm U(V) I(A)
Platin 17 0,9
Vàng 15 0,38
Bạc 12 0,4
Vonfram 17 0.9
Đồng 12,3 0,43
Than 18 - 22 0,03
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 đến 800000 K
- Mật độ dòng điện Catốt lớn (104 đến 105)A/cm2
- Sụt áp Catốt 10 đến 20V thực tế không phụ thuộc vào dịng điện 3 Q trình phát sinh dập hồ quang
a) Quá trình phát sinh hồ quang điện:
Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách chúng nhỏ điện áp đặt có trị số định, khoảng không 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, q 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 qua Mật độ dịng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn A/cm2, tiếp điểm phát nóng tăng đến mức làm cho đó, 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 bốc 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
b) 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
(5)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)
6 Lực điện động
Lực điện động lực tác dụng điện trường từ trường Lực điện động KCĐ (được tạo từ dòng điện lớn, dòng điện ngắn mạch)
Khả chịu lực tác động phát sinh có dịng điện ngắn mạch chạy qua tiêu chuẩn thiếu khí cụ điện, gọi tính ổn định điện động
Trong mạch vịng có tác động lưc điện động làm biến dạng mạch vịng Ở chế độ xá lập → Iđm khơng lớn →
2
kI
F= bé → ngắn mạch → Inm >> Iđm
→F tăng lên làm cho thiết bị nhanh hỏng
II CƠNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN 1 Cơng dụng
Khí cụ điện thiết bị điện, cấu điện dùng để điều khiển trình sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối lượng điện dạng lượng khác
2 Phân loại
Khái niệm điều khiển theo nghĩa rộng bao gồm : điều chỉnh tay tự động, kiểm tra bảo vệ
Theo lĩnh vực sử dụng, khí cụ điện chia thành nhóm, nhóm lại có nhiều chủng loại khác Các nhóm :
a-Nhóm khí cụ điện phân phối lượng điện áp cao, gồm : Dao cách ly, máy ngắt dầu (nhiều dầu dầu), máy ngắt khơng khí, máy ngắt tự sản khí, máy ngắt chân khơng cầu chuỷ (cầu chì) , dao ngắn mạch, điện kháng , biến dịng, biến điện áp …
b-Nhóm khí cụ điện phân phối lượng điện áp thấp, gồm : Máy ngắt tự động , máy ngắt tay, đổi nối (cầu dao, cơng tắc), cầu chì …
c-Nhóm khí cụ điện điều khiển : Cơng tắc tơ, khởi động từ, khống chế điều khiển, nút ấn , cơng tắc hành trình , điện trở điều chỉnh mở máy, khuếch đại điện tử, khuếch đại từ, tự áp…
d-Nhóm rơle bảo vệ : Rơle dịng điện rơle điện áp, rơle công suất, rơle tổng trở, rơle thời gian
e-Nhóm khí cụ điện dùng sinh hoạt chiếu sáng: cơng tắc, ổ cắm, phích cắm, bàn là, bếp điện…
2.1 Phân loại theo công dụng
+ Đóng ngắt mạch điện lưới điện : cầu dao, CB, công tắc…
+ Mở máy, điều chỉnh tốc độ , điều chỉnh điện áp, dịng điện: cơng tắc tơ, khởi động từ, khống chế…
+ Bảo vệ lưới điện, máy điện: cầu chì , áptơmát …
+ Duy trì tham số điện giá trị không đổi: ổn áp, thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, dòng điện, tần số, tốc độ, nhiệt độ…
(6)Hình 2: Sơ đồ mạch khởi động thứ tự hai động KĐB ba pha 3 Mạch điện đảo chiều động kđb ba pha
a) Nguyên lý:
Đảo chiều quay động KĐB ba pha cách đảo hai ba dây nguồn trước đưa nguồn vào động Mạch điện dùng điều khiển động KĐB ba pha làm việc hai chiều quay, sau dừng động
b) Sơ đồ mạch: c) Thứ tự thực hiện:
- Nhấn S2, động hoạt động theo chiều thuận, đèn H1 sáng
- Nhấn S3, động hoạt động theo chiều nghịch, đèn H1 tắt, đèn H2 sáng - Nhấn S1, để dừng toàn mạch điều khiển, động ngừng hoạt động
Hình 3: Sơ đồ mạch đảo chiều động KĐB ba pha 4 Mạch điện khởi động động kđb pha – tự động dừng a) Nguyên lý:
Dùng mạch để khởi động động KĐB pha, có tiếp điểm trì để động làm việc, sau thời gian làm việc định Timer, tiếp điểm thường đóng mở chậm Timer hở ra, động dừng
b) Sơ đồ mạch: c) Thứ tự thực hiện:
- Nhấn S2, động hoạt động, đèn H1 tắt, đèn H2 sáng
- Rơle thời gian KTON có điện bắt đầu tính thời gian động làm việc Khi hết khoảng thời gain định, tiếp điểm thường đóng KTON hở làm ngưng cấp điện cho Contactor K1, động ngưng hoạt động đèn H1 sáng, đèn H2 tắt
(7)Hinh 4: Sơ đồ mạch điện khởi động - dừng động KĐB pha 5 Mạch điện tự động khởi động theo thứ tự hai động kđb pha a) Nguyên lý
Mạch điện sử dụng T ON
Dùng mạch để khởi động thứ tự hai động KĐB pha Động (điều khiển Contactor K1) khởi động trước, sau thởi gian khởi động động tiếp điểm thường hở đóng chậm lại Rơle thời gian TON đóng lại động (điều khiển Contactor 2) khởi động Cuối dừng hai động cơ, ta nhấn S1
b) Sơ đồ mạch: c) Thứ tự thực hiện:
- Nhấn S1 động M1 hoạt động đèn H1 sáng
- Rơle thời gian KTON chuyển trạng thái, động M2 hoạt động, đèn H2 sáng
- Nhấn S1 để dừng hai động