Giáo trình Khí cụ điện: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về khí cụ điện; Khí cụ điện đóng cắt. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung giáo trình!
ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH KHÍ CỤ ĐIỆN Biên soạn : ThS PHẠM HỮU TẤN KS NGUYỄN VĂN KHÁNH TP.HCM, NĂM 2015 (LƯU HÀNH NỘI BỘ) LỜI NÓI ĐẦU Nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy giảng viên làm tài liệu tham khảo cho sinh viên theo học chuyên ngành Điện Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải TP.HCM Cuốn sách đời làm giáo trình để phục vụ cho mục đích Nội dung giáo trình “Khí cụ điện” bày chi tiết vấn đề dựa theo chương trình khung Bộ Giáo Dục Đào Tạo kết hợp với kiến thức nhằm nâng cao chất lượng đào tạo, đáp ứng với phát triển công nghệ đại Giáo trình gồm: Chương 1: Khái niệm khí cụ điện Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ Chương 4: Khí cụ điện điều khiển Trong trình biên soạn, giáo trình số hạn chế sai sót Mong nhận đóng góp ý kiến để hoàn thiện Mọi đóng góp xin gửi : Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử, Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TP.HCM Tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trang CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN 1.1 Khái niệm khí cụ điện……………………………………….…………… 1.1.1 Khái niệm khí cụ điện………………………………………………….1 1.1.2 Sự phát nóng khí cụ điện………………………………………….… 1.1.3 Tiếp xúc điện…………………………………………………………… 1.1.4 Hồ quang phương pháp dập tắt hồ quang……………………… 22 1.1.5 Lực điện động………………………………………………………… 23 1.2 Công dụng phân loại khí cụ điện………………………………………… 27 1.2.1 Cơng dụng khí cụ điện………………………………………………27 1.2.2 Phân loại khí cụ điện…………………………………………………….27 CHƢƠNG 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT 2.1 Cầu dao…………………………………………………………………………30 2.1.1 Cấu tạo………………………………………………………………… 32 2.1.2 Nguyên lý hoạt động…………………………………………………… 33 2.1.3 Tính chọn cầu dao……………………………………………………… 34 2.1.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng………………………………34 2.2 Các loại công tắc nút nhấn………………………………………………….35 2.2.1 Công tắc………………………………………………………………….35 2.2.2 Công tắc hộp…………………………………………………………… 37 2.2.3 Cơng tắc vạn năng……………………………………………………… 39 2.2.4 Cơng tắc hành trình………………………………………………………41 2.2.5 Nút nhấn………………………………………………………………… 42 2.3 Dao cách ly…………………………………………………………………… 45 2.3.1 Cấu tạo………………………………………………………………… 45 2.3.2 Nguyên lý hoạt động…………………………………………………… 45 2.3.3 Tính chọn dao cách ly…………………………………………………….46 2.3.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng………………………………46 2.4 Máy cắt điện……………………………………………………………………47 2.4.1 Công dụng phân loại …………………………………………………47 2.4.2 Máy cắt điện dầu…………………………………………………………47 2.4.3 Máy cắt điện khơng khí………………………………………………… 50 2.5 Áp-tơ-mát (CB)…………………………………………………………………52 2.5.1 Cấu tạo………………………………………………………………… 53 2.5.2 Nguyên lý hoạt động…………………………………………………… 58 2.5.3 Tính chọn áp-tơ-mát…………………………………………………… 59 2.5.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng………………………………60 CHƢƠNG 3: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ 3.1 Nam châm điện…………………………………………………………………62 3.1.1 Cấu tạo……………………………………………………………………62 3.1.2 Nguyên lý hoạt động …………………………………………………….63 3.1.3 Ứng dụng nam châm điện……………………………………………….63 3.1.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng………………………………64 3.2 Rơle điện từ…………………………………………………………………… 64 3.2.1 Cấu tạo………………………………………………………………… 64 3.2.2 Nguyên lý hoạt động…………………………………………………… 65 3.2.3 Ứng dụng rơle điện từ…………………………………………………….66 3.2.4 Rơle dòng điện 67 3.2.5 Rơle điện áp 69 3.3 Rơle nhiệt 71 3.3.1 Cấu tạo .71 3.3.2 Nguyên lý hoạt động 73 3.3.3 Tính chọn rơle nhiệt 73 3.4 Cầu chì .75 3.4.1 Cấu tạo .75 3.4.2 Nguyên lý hoạt động 80 3.4.3 Tính chọn cầu chì 81 3.4.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 82 3.5 Thiết bị chống rò .83 3.5.1 Cấu tạo .83 3.5.2 Nguyên lý hoạt động 84 3.5.3 Tính chọn thiết bị chống rị 84 3.6 Biến áp đo lƣờng 85 3.6.1 Biến điện áp 85 3.6.2 Biến dòng điện 87 CHƢƠNG 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 4.1 Công-tắc-tơ .91 4.1.1 Cấu tạo .93 4.1.2 Nguyên lý hoạt động 97 4.1.3 Tính chọn cơng-tắc-tơ 100 4.1.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 100 4.2 Khởi động từ .101 4.2.1 Cấu tạo .102 4.2.2 Nguyên lý làm việc 103 4.2.3 Cách chọn khởi động từ 103 4.3 Rơle trung gian 104 4.3.1 Công dụng 104 4.3.2 Cấu tạo 104 4.3.3 Nguyên lý làm việc 105 4.3.4 Thông số kỹ thuật .105 4.4 Rơle tốc độ 106 4.3.1 Phân loại 106 4.3.2 Cấu tạo 106 4.3.3 Nguyên lý làm việc 107 4.3.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 108 4.5 Rơle thời gian 108 4.4.1 Phân loại 108 4.4.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động .108 4.6 Bộ khống chế .111 4.6.1 Phân loại 112 4.6.2 Cấu tạo 112 4.6.3 Nguyên lý hoạt động 115 4.6.4 Thông số kỹ thuật cách lựa chọn 116 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN Mục tiêu: - Nhận biết khái niệm, phân loại công dụng khí cụ điện thường dùng sản xuất, thiết bị - Giải thích tính năng, đặc điểm tượng xảy khí cụ điện 1.1 Khái niệm khí cụ điện 1.1.1 Khái niệm khí cụ điện Khí cụ điện chế tạo phải sử dụng lâu dài, để đáp ứng yêu cầu sử dụng khí cụ điện cần ý thông số kỹ thuật khí cụ điện: - Điện áp định mức khí cụ điện phải lớn điện áp lưới điện (mkcđ>mn) - Dòng điện định mức khí cụ điện phải lớn dòng điện cung cấp cho phụ tải hay thiết bị ( Idmkcđ > Ipt ) - Khí cụ điện phải ổn định nhiệt, ổn định lực điện động Vật liệu sử dụng để chế tạo khí cụ điện có đặc tính tốt, chịu nhiệt cao, có cố tải hay ngắn mạch khí điện tác động mà không hư hỏng hay biến dạng… - Vật liệu cách điện tốt, khí cụ điện làm việc xác, an toàn, gọn nhẹ, dễ gia công, rẽ tiền, dễ lắp đặt, kiểm tra, vận hành, sửa chữa… 1.1.2 Sự phát nóng khí cụ điện 1.1.2.1 Khái quát đặc điểm Dòng điện chạy vật dẫn (có điện trở) để làm khí cụ điện tác động làm cho dây dẫn nóng lên, tính theo định luật Jun (Pdt = RI2dt P = 3RI2dt) Nếu nhiệt độ dây dẫn vượt nhiệt độ cho phép cách điện bị già hóa, độ bền cách điện khí khí cụ điện giảm nhanh chóng khí cụ điện dễ bị hư hỏng Trang Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện TT Cấp cách điện Nhiệt độ cho phép 0C Cách điện cấp Y: Gồm vải sợi, giấy, tơ, lụa không 90 tẩm cách điện Cách điện cấp A: Vải sợi, giấy, tơ lụa, có thấm tẩm 105 cách điện Cách điện cấp E: Bọc lớp hợp chất tổng hợp 120 số vật liệu khác làm việc ổn định nhiệt độ Cách điện cấp B: Vật liệu sở mica, amian, 130 sợi thủy tinh có thấm, tẩm để chịu nhiệt độ tương ứng Cách điện cấp F: Vật liệu sở mica, amian, 155 sợi thủy tinh có thấm, tẩm để chịu nhiệt độ cao cấp B Cách điện cấp H:Vật liệu sở mica, amian, 180 sợi thủy tinh tổng hợp silic Cách điện cấp C: Vật liệu sở mica, silic, sứ > 180 … Bảng 1.1: Nhiệt độ cho phép vật liệu chế tạo cấp cách điện - Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện nhiệt độ cho phép t = 1100 - Dây nối tiếp xúc cố định t0CP = 750C - Tiếp xúc hình ngón đồng hợp kim đồng có t0CP = 750C - Tiếp xúc trượt đồng hợp kim đồng t0CP = 1100C - Tiếp xúc mạ bạc t0CP = 1200C - Vật dẫn không bọc cách điện t0CP = 1100C Trang Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện - Tùy theo chế độ làm việc khí cụ điện mà có chế độ phát nóng khác Có ba chế độ làm việc ngắn hạn, dài hạn ngắn hạn lặp lại Ở chế độ ngắn hạn lặp lại thường dùng hệ số đóng điện ĐL% theo công thức: ĐL% t lv t 100 lv 100 t lv t ng T (1.1) Tlv: thời gian làm việc Tng: thời gian nghỉ (ngắt mạch) T: chu kỳ làm việc Độ chênh lệch nhiệt độ tính theo công thức sau: = - 0 (1.2) : nhiệt độ khí cụ điện, (0C) 0: nhiệt độ môi trường, (0C) 1.1.2.2 Phát nóng vật thể làm việc chế dộ dài hạn τ τod τbd t1 t > t1 t Hình 1.1: Đường đặc tính phát nóng theo thời gian khí cụ điện chế độ dài hạn - Chế độ làm việc dài hạn chế độ khí cụ điện làm việc thời gian dài t > t1 (t1 khoảng thời gian phát nóng khí cụ điện từ nhiệt độ môi trường xung quanh đến nhiệt độ ổn định) với phụ tải không đổi hay thay đổi Khi độ chên h lệch nhiệt độ đạt tới trị số ổn định ôđ - Một vật dẫn đồng chất, tiết diện đặn có nhiệt độ ban đầu nhiệt độ môi trường xung quanh Dòng điện có giá trị không đổi bắt đầu qua vật dẫn, từ lúc Trang Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện vật dẫn tiêu tốn lượng điện để chuyển thành nhiệt để đốt nóng vật dẫn Lúc đầu nhiệt tỏa môi trường xung quanh mà chủ yếu tích lũy vật dẫn, nhiệt độ vật dẫn bắt đầu tăng lên dần sau thời gian đạt giá trị ổn định ôđ giữ giá trị Như nhiệt độ vật dẫn tăng nhanh theo thời gian đến lúc chậm dần đến ổn định Dòng điện chạy vật dẫn lượng tiêu tốn chuyển thành nhiệt tính theo định luật Jun – Lenxơ: Pdt = RI2dt (1.3) P: công suất tác dụng, (W) I: giá trị dòng điện hiệu dụng, (A) R: điện trở vật dẫn, (Ω) - Nhiệt Pđt gồm phần dùng để đốt nóng vật dẫn phần tỏa nhiệt độ xung quanh, phương trình cân nhiệt xác định Pdt = CMd + Sdt (1.4) CMd: phần tích lủy đốt nóng vật dẫn dt: phần tỏa nhiệt môi trường xung quanh C: tỉ nhiệt vật dẫn, (Ws/Kg0C) M: khối lượng vật dẫn, (Kg) : nhiệt độ chênh lệch so với môi trường xung quanh : hệ số tỏa nhiệt, (W/m2 0C) S: diện tích tỏa nhiệt cho vật dẫn, (m2) Từ giải được: t 1 ôđ 1 e T (1.5) 0: độ tăng nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường thời điểm đầu trình ôđ: độ tăng nhiệt độ trình ổn định 1 Nếu 0 = t ôđ 1 e T Trang (1.6) Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện tử Giáo trình môn khí cụ điện Trong đó: T CM : số thời gian phát nóng S (1.7) - Hằng số thời gian phát nóng T: khoảng thời gian cần thiết để vật dẫn đạt tới độ tăng nhiệt ổn định ôđ toàn nhiệt lượng dùng để đốt nóng vật dẫn mà không tỏa môi trường xung quanh 1.1.2.3 Sự phát nóng vật thể làm việc chế độ ngắn hạn - Chế độ làm việc ngắn hạn chế độ mà khí cụ điện làm việc thời gian ngắn tlv < t1 nhiệt độ chưa đạt trị số ổn định nghỉ Hình 1.2: Đường đặc tính phát nóng theo thời gian chế độ ngắn hạn 1.1.2.4 Sự phát nóng vật thể làm việc ngắn hạn lặp lại Hình 1.3: Đường đặc tính phát nóng chế độ 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 trình không quá10 phút Khí cụ điện làm việc chưa đến nghỉ Thời gian nghỉ ngắn nên nhiệt độ chưa giảm đến nhiệt độ Trang ... 0C Utx1, V 2, 0C Utx2, V Nhôm 15 0 0 .1 658 0.3 Sắt 500 0. 21 1530 0.6 Niken 520 0.22 14 55 0.65 Đồng 19 0 0 .12 10 83 0.43 Baïc 15 0 0.09 960 0.35 - - 3 21 0 .15 Von –fram 10 00 0.4 3370 1. 0 Vaøng 10 0 0.07... phân loại cơng dụng khí cụ điện thường dùng sản xuất, thiết bị - Giải thích tính năng, đặc điểm tượng xảy khí cụ điện 1. 1 Khái niệm khí cụ điện 1. 1 .1 Khái niệm khí cụ điện Khí cụ điện chế tạo phải... Đẳng Giao Thơng Vận Tải TP.HCM Tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trang CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN 1. 1 Khái niệm khí cụ điện……………………………………….…………… 1. 1 .1 Khái niệm khí cụ điện………………………………………………….1