4.2.1. Cầu dao
4.2.1.1. Công dụng
Cầu dao là một loại khí cụđóng ngắt dòng điện bằng tay đơn giản nhất được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một chiều và 380V điện xoay chiều.
Cầu dao thường dùng đểđóng ngắt mạch điện công suất nhỏ và khi làm việc không cần thao tác đóng ngắt nhiều lần. Nếu điện áp cao hơn hay mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao ch làm nhiệm vụ đóng ngắt không tải. Vì trong trường hợp này khi ngắt mạch hồ quang sinh ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá hủy trong một thời gian rất ngắn và nguyên nhân phát sinh hồ quang giữa các pha; từ đó vật liệu cách điện sẽ bị hỏng, nguy hiểm cho thiết bị và người thao tác. Cầu dao cần đảm bảo ngắt điện tin cậy các thiết bị dùng điện ra khỏi nguồn điện áp. Do đó, khoảng cách giữa tiếp xúc
điện đến và đi, tức chiều dài lưỡi dao phải lớn hơn 50 mm. Đối với cầu dao, cần đảm bảo an toàn khi đóng ngắt, cần có biệt pháp dập hồquang điện khi ngắt mạch dòng điện. Tốc độ di chuyển lưỡi dao càng nhanh, thời gian dập hồ quang sẽ càng ngắn. Vì vậy, người ta thường làm thêm lưỡi dao phụ có lò xo bật nhanh, cầu dao có dòng điện định mức lớn hơn 30A.
Đối với cầu dao xoay chiều có dòng điện lớn hơn 75A, hồ quang được kéo dài do tác dụng cuả lực điện động, và được dập tắc ở thời điểm dòng điện qua trị số không, nên không cần kết cấu có lưỡi dao phụ.
Cầu dao cho phép thực hiện hai chức năng chính sau:
An toàn cho người: để được điều đó cầu dao thực hiện nhiệm vụ ngăn
cách giữa phần ở trên thượng lưu có điện áp và phía dưới (hạ lưu của một mạng điện mà ở phần này người ta tiến hành sữa chữa điện.
An toàn cho các thiết bị: khi mắc cầu dao có thể bố trí vị trí hay làm trụ
cột để lắp thêm cầu chì, các cầu chì đó được sử dụng để bảo vệ các trang thiết bịđối với hiện tượng quá dòng điện.
4.2.1.2. Phân loại và cấu tạo
Phân loại cầu dao dựa vào các yếu tố sau:
- Theo kết cấu: cầu dao được chia làm loại một cực, hai cực, ba cực hoặc bốn cực.
- Cầu dao có tay nắm ở giữa hoặc tay ở bên. Ngoài ra còn có cầu dao một
ngã, hai ngã được dùng để đảo nguồn cung cấp cho mạch và đảo chiều quay động cơ.
Hình 4-1: Các loại cầu dao.
- Theo điện áp định mức: 250V, 500V…
- Theo dòng điện định mức: dòng điện định mức của cầu dao được cho
trước bởi nhà sản xuất thường là các loại 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 75A,
100A, 150A, 200A, 350A, 600A, 1000A… .
- Theo vật liệu cách điện: có loại đế sứ, đế nhựa, đế đá.
- Theo điều kiện bảo vệ: loại có nắp và không có nắp (loại không có nắp
được đặt trong hộp hay tủđiều khiển).
- Theo yêu cầu sử dụng: loại cầu dao có cầu chì bảo vệ ngắn mạch hoặc không có cầu chì bảo vệ.
Hình 4-2: Ký hiệu cầu dao trên mạch điện.
4.2.1.3. Nguy n lý hoạt động
Hình 4-3: Cấu tạo cầu dao.
Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi, mạch điện được đóng ngắt. Trong quá trình ngắt mạch, cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên hệ thống kẹp lưỡi. Người sử dụng cần phải kéo lưỡi dao ra khỏi kẹp nhanh để dập tắt hồ quang. Do tốc độ kéo bằng tay không thể nhanh được nên người ta làm thêm lưỡi dao phụ. Lúc dẫn điện thì lưỡi dao phụ cùng lưỡi dao chính được kẹp trong ngàm. Khi ngắt điện, tay kéo lưỡi dao chính ra trước còn lưỡi dao phụ vẫn kẹp trong ngàm. Lò
xo liên kết giữa hai lưỡi dao được kéo căng ra và tới một mức nào đó sẽ bật nhanh kéo lưỡi dao phụ ra khỏi ngàm một cách nhanh chóng. Do đó, hồ quang được kéo dài nhanh và hồ quang bị dập tắt trong thời gian ngắn.
4.2.2. Công tắc điện 4.2.2.1. Công dụng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Công tắc là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ và có dòng điện định mức nhỏ hơn 6A. Công tắc thường có hộp bảo vệ để tránh sự phóng điện khi đóng mở. Điện áp của công tắc nhỏ hơn hay bằng 500V.
Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì thao tác ngắt nhanh và dứt khoát hơn cầu dao.
4.2.2.2. Phân loại
Phân loại theo công dụng làm việc, có các loại công tắc sau: Công tắc đóng ngắt trực tiếp.
Công tắc chuyển mạch (công tắc xoay, công tắc đảo, công tắc vạn năng ,
dùng đểđóng ngắt chuyển đ i mạch điện, đ i nối sao tam giác cho động cơ.
Công tắc hành trình và cuối hành trình, loại công tắc này được áp dụng trong các máy cắt gọt kim loại để điều khiển tự động hoá hành trình làm việc của mạch điện.
Hình 4-4: Ký hiệu công tắc trên mạch điện.
4.2.2.3. Cấu tạo
Cấu tạo của công tắc: phần chính là tiếp điểm đóng mở được gắn trên đế
nhựa và có lò xo để thao tác chính xác.
4.2.2.4. Các thông số định mức của công tắc
Uđm: Điện áp định mức của công tắc. Iđm: Dòng điện định mức của công tắc.
Ngoài ra còn có các thông số trong việc thử công tắc như độ bền cơ khí, độ cách điện, độphóng điện…
4.2.3. Áptômát
4.2.3.1. Công dụng
Áptômát là khí cụ dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp vv… Áptômát (cầu dao tự động) là loại khí cụ điện dùng để đóng
ngắt điện bằng tay, hoặc có thể tựđộng ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.
Hình 4-6: Áptômát
Áptômát có yêu cầu sau:
Chế độ làm việc ở định mức áptômát phải là chếđộ làm việc dài hạn, ngh a
là trị số dòng điện chạy qua áptômát lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, mạch dòng điện của áptômát phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc tiếp điểm của nó đang đóng hay đã đóng.
Áptômát phải ngắt được trị sốdòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài trục kilôampe. Sau khi ngắt dòng điện quá mạch, áptômát phải đảm bảo làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức.
Để nâng cao tính n định nhiệt và điện động của thiết bị điện, hạn chế sự
phá hại của dòng điện ngắn mạch gây ra, áptômát phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy cần phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong áptômát.
Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, áptômát cần phải có khả năng điều khiển trị sốdòng điện tác động và thời gian tác động.
4.2.3.2. Phân loại
Phân loại theo cơ cấu tác động (tự ngắt người ta chia ra 3 loại sau:
Áptômát nhiệt –loại tác động chậm (tác động không tức thời). ptômát điện từ – loại tác động nhanh (tác động tức thời .
ptômát điện từ – nhiệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phân loại theo kết cấu người ta chia ra các loại sau:
Áptômát 1 cực.
ptômát 2 cực.
ptômát 3 cực.
Phân loại theo nguồn điện áp sử dụng người ta chia ra các loại sau:
Áptômát 1 pha (1 hoặc 2 cực .
Áptômát 3 pha (có 3 cực .
Phân loại theo công dụng bảo vệ Dòng cực đại.
Dòng cực tiểu.
p cực tiểu.
ptômát bảo vệ công suất điện ngược.
ptômát vạn năng chế tạo cho mạch có dòng điện lớn các thông số bảo vệ có thể ch nh định được loại này không có vỏ và lắp đặt trong các trạm biến áp lớn.
ptômát định hình: bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt, bảo vệ quá điện áp bằng rơle điện từ, đặt trong vỏ nhựa.
4.2.3.3. Cấu tạo a)Tiếp điểm
ptômát thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (chính và hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).
Khi đóng ngắt, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính, khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, và cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy, hồ
quang ch chảy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để
dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính. Tiếp điểm chính của áptômát thường làm bằng hợp kim gốm chịu được hồquang như Ag-W ; Cu –W; Ni …
b) Hộp dập hồ quang
Để áptômát dập hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện,
người ta hay dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang: kiểu nữa kín và kiểu nửa hở. Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của áptômát và có lỗ thoát khí, kiểu này có
dòng điện giới hạn cắt không quá 50kA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng
điện cắt lớn hơn 50kA hoặc điện áp lớn hơn 1000V trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ
quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập hồ quang. Cùng một thiết bị
dập tắt hồ quang, khi làm việc ở mạch điện xoay chiều điện áp đến 500V, có thể
dập tắt được hồ quang của dòng điện đến 40kA; nhưng khi làm việc ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V, ch có thể cắt được dòng điện đến 20kA.
c) Cơ cấu truyền động cắt áptômát
Truyền động cắt áptômát có hai cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ,
động cơ điện . Điều khiển bằng tay được thực hiện với các áptômát có dòng điện
định mức không lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ứng dụng ở các áptômát có dòng điện lớn hơn đến 1000A). Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên l đoàn bẩy. Ngoài ra, còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén. Khi đóng bình thường (không có sự cố), các tay đòn và được nối cứng vì tâm xoay nằm thấp
dưới đường nối hai điểm giá đỡ làm cho hai đòn này không tự gấp lại được, ta
nói điểm tâm ở vị trí chết. Khi có sự cố, phần cứng của nam châm điện bị hút dập vào hệ thống tay đòn làm các tiếp điểm sẽ nhanh chóng mởra dưới tác dụng của lò xo kéo tiếp điểm.
d)Móc bảo vệ
Áptômát tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ gọi là móc bảo vệ quá tải (gọi là quá dòng điện) để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị quá tải, đường thời gian – dòng
điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ.
Người ta thường dùng hệ thống điện tử và rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong áptômát. Móc kiểu điện tử có cuộn dây móc nối tiếp với mạch điện chính,
khi dòng điện vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của áptômát mở ra, điều ch nh vít để thay đ i lực kháng của lò xo, ta có thể điều ch nh được trị sốdòng điện tác động. Để giữ thời gian trong bảo vệ quá tải kiểu điện từ, người ta thêm một số cơ cấu giữ thời gian. Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tựnhư rơle nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại dãn nở làm cho nhả khớp rơi tựdo để mở tiếp điểm của áptômát khi có quá tải.
4.2.3.4. Nguyên lý làm việc
Hình 4-7: Nguyên lý của một áptômát dòng điện cực đại.
Nguyên l làm việc của một áptômát dòng điện cực đại: sau khi đóng áptômát bằng tay, mạch điện cần bảo vệ được cấp điện. Lúc này hai mấu ở cần và đònmóc vào nhau, mạch điện được nối thông.
Khi dòng điện vượt quá trị số ch nh định cho phép quá lực căng của lò xo)
thì cuộn điện từ nối tiếp với mạch sẽ đủ lực thắng lực cản của lò xo hút nắp từ động, làm cần quay nhả móc giữ chốt. Lò xo kéo rời tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm t nh để cắt mạch,mạch sẽ được bảo vệ quá dòng điện.
4.3. Khí cụ điện bảo vệ mạch điện 4.3.1. Cầu chì
4.3.1.1. Công dụng
Cầu chì là một loại khí cụđiện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự
cố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bịđiện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng...
Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi.
Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:
Cầu chì có đặc tính làm việc n định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua.
Đặc tính A - s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ. Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc.
Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian.
Về nguyên tắc, cầu chì gồm một dây chảy thường làm bằng chì, nhôm
đồng, kẽm... đặt trong một vỏ kín để hạn chế và dập tắt hồ quang. Cầu chì mắc nối tiếp trong mạch điện được bảo vệ.
Hình 4-8: Các dạng dây chảy và cách mắc cầu chì bảo vệ trong mạch điện.
4.3.1.2. Phân loại
Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau, trong sơ đồnguyên l ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong các dạng sau:
Cầu chì có loại đặt hở, có loại đặt kín, có loại có thiết bị dập hồ quang... Cầu chì có thể chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ:
+ Cầu chì loại g: Cầu chì dạng này ch có khả năng ngắt mạch, khi có sự
cố hay quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Cầu chì loại a: Cầu chì dạng này ch có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải.
4.3.1.3. Cấu tạo và nguy n lý hoạt động a)Cấu tạo
Cầu chì bao gồm các thành phần sau:
Phần tử ngắt mạch: Đây chính là thành phần chính của cầu chì, phần tử
này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua nó. Phần tử này có giá trị điện trở suất bé thường bằng bạc, đồng hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên...). Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng
băng mỏng.
Thân của cầu chì: Thường bằng thuỷ tính, 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: Có độ bền cơ khí.
Có độ bền về điều kiện dẫn nhiệt và chịu đựng được các sự thay đ i nhiệt độđột ngột mà không hư hỏng.
Vật liệu lấp đầy (bao bọc quanh phần tử ngắt mạch trong thân cầu chì):
Thường bằng vật liệu Silicat ở dạng hạt, nó phải có khả năng hấp thụ được năng lượng sinh ra do hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch.
Các đấu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bịđóng ngắt mạch; đồng thởi phải đảm bảo tính tiếp xúc điện tốt.
b)Nguyên lý hoạt động
Dòng điện trong mạch đi qua dây chảy sẽ toả ra nhiệt lượng theo định luật Jun- Lenxơ, làm cho dây chảy nóng lên. Nếu dòng điện chưa đủ lớn, nhiệt độ
dây chảy chưa vượt quá nhiệt độ nóng chảy, mạch điện vẫn liền. Khi dòng điện
tăng cao, nhiệt độ dây chảy tăng đến mức chảy đứt, ngắt mạch dòng điện, ta bảo