2.5 Áp tô mát (CB)
Khái niệm:
CB (CB được viết tắt từ danh từ Circuit Breaker – tiếng Anh), hay Aptomat (theo tiếng Nga). CB là khí cụ điện dùng đóng cắt mạch điện (một pha, ba pha); có cơng dụng bảo vệ q tải, ngắn mạch, sụt áp… mạch điện.
Chọn CB phải thỏa mãn ba yêu cầ u:
- Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu tùy ý. Mặt khác, mạch dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Trang 44
- CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể vài chục KA. Sau khi ngắn dòng điện ngắn mạch, CB đả m bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức.
- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiế t bị dập hồ quang bên trong CB.
Ký hiệu:
2.5.1 Cấu tạo:
a. Tiếp điểm:
CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang).
Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trươc, 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, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy, hồ quang chỉ cháy 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.
b. Hộp dập hồ quang:
Để CB dâp được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: Kiểu nửa kín và kiểu hở.
- Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thốt khí. Kiểu này có dịng điện giới hạn cắt khơng q 50KA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn hơn 1000V (cao áp).
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 tắt hồ quang.
c. Cơ cấu truyền động cắt CB:
Truyền động cắt CB thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ điệ n (điện từ, động cơ điện).
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Trang 45
Điều khiển bằng t ay được thực hiện với các CB có dịng điện định mức ứng khơng lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dịng điện lớn hơn (đến 1000A).
Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo ngun lý địn bẩy. Ngồi ra cịn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng khí nén.
d. Móc bảo vệ:
CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ - gọi là móc bảo vệ, sẽ tác động khi mạch điện có sự cố q dịng điện (q tải hay ngắn mạch) và sụt áp.
+ Móc bảo vệ q dịng điện (cịn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch, đường thời gian – dịng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thông điện từ và rơ le nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong CB.
Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này được quán tiết diện lớn chịu dịng tải và ít vịng. Khi dịng điện vượt q trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào khớp rơi tự don, làm tiếp điểm của CB mở ra. Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng của lị xo, ta có thể điều chỉnh được trị số dịng điện tác động. Để giữ thời gian trong bảo vệ quá tải kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe răng như trong cơ cấu đồng hồ).
Móc kiểu rơ le nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơ l e nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của CB khi có quá tải. Kiểu này có thiếu sót là qn tính nhiệt lớn nên khơng ngắt nhanh được dịng điện tăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ bảo vệ được dịng điện q tải.
Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc kiểu điện tử và móc kiểu rơ le nhietj trong một CB. Loại này được dùng ở CB có dịng điện định mức đến 600A.
+ Móc bảo vệ sụt áp (cịn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu điện từ. Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính, cuộn dây này được quấn ít vịng với dây tiết diện chịu điện áp nguồn.
2.5.2 Nguyên lý hoạt động:
Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại và CB điện áp thấp được trình bày trên hình dưới.
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Trang 46 Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của CB dòng điện cực đại
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm tiếp điểm động.
Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút.
Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lị xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.
Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của CB điện áp thấp
Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 và phần ứng 10 hút lại với nhau.
Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc 8 bật lên, móc 7 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.
a. Phân loại: Theo kết cấu, người ta chia CB ra ba loại: một cực, hai cực, ba cực.
Theo thời gian thao tác, người ta chia CB ra loại tác động không tức thời và loại tác động tức thời (nhanh).
Tùy theo công dụng bảo vệ, người ta chia CB ra các loại: CB cực đại theo dòng điện, CB cực tiểu theo điện áp, CB dịng điện ngược…
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Trang 47 - Dịng điện tính tốn đi trong mạch.
- Dòng điện quá tải.
- Khi CB thao tác phải có tính chọn lọc.
Ngồi ra lựa chọn CB còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải là CB khơng được phép cắt khi có q tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dịng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.
Yêu cầu chung là dịng điện định mức của móc bảo vệ IC B khơng được bé hơn dịng điện tính tốn It t của mạch.
Dưới đây là một số loại CB của hãng Merlin Gerin
Hình 2.20: Một số loại CB thông dụng
Một số loại Aptomat :
Aptomat vạn năng có các phần tử bảo vệ điện tử, nhiệt :
Áptomat loại này được chế tạo cho các máy điện cơng suất lớn, có thể điều chỉnh được các thông số bảo vệ trong phạm vi tương đối rộng. Loại này thường có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ mất điện áp. Nó khơng có vỏ, dùng để đặt trong các trạm hạ áp, các trạm phân phối.
Nếu quay tay gạt 12 đi một góc (đến vị trí đóng) hoặc điề u khiển từ xa bằng hệ thống điện từ 4, thanh 6, 7 sẽ ép lên thanh gắn các tiếp điểm quay quanh trục O1. Lần lượt các tiếp điểm hồ quang 1 và tiếp điểm làm việc 3 đóng, mạch điện được đóng hồn tồn. Khi có sự cố các phần tử bảo vệ cần tác động sẽ đẩy cơ cấu tự do tuột khỏi khớp (thanh 6, 7) lò xo 9 sẽ kéo thanh
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Trang 48
gắn tiếp điểm động, lần lượt tiếp điểm làm việc 3, sau đó tiếp điểm hồ quang 1 mở ra.
Hồ quang xuất hiện trên tiếp điểm 1 và nhanh chóng được dập tắt nhờ bng dập hồ quang 2.
Các phần tử bảo vệ bao gồm: bảo vệ quá tải nhờ rơle nhiệt 5, 7, bảo vệ ngắn mạch bằng rơle dòng điện cực đại 8 có cn dây (thường là thanh cái với số vòng dây W =1 đi qua mạch từ) mắc nối tiếp với dòng điện động lực ; bảo vệ mất điện áp bằng rơle điện áp 10 có điện áp mắc song song với hai pha của lưới điện. Nam châm 11 để cắt aptomat từ xa khi cần thiết.
Aptomat vạn năng có phần tử bảo vệ bằng bán dẫn và vi mạch.
Loại aptomat này thường được chế tạo cho các mạch có cơng suất lớn cơ 3 hay 4 cực. Điện áp định mức 660V xoay chiều, có dãy dịng điện định mức như sau: 630 A, 800 A, 1250 A, 1600 A, 2000 A, 2500 A, 3200 A, 4000 A, 5000 A.
❖ TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 2:
2.1. Cầu dao.
2.2. Các loại công tắc và nút ấn. 2.3. Dao cách ly.
2.4. Máy cắt điện. 2.5. Áp to mát (CB)
❖ CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 2
Câu 1 Cầu dao là khí cụ điện dùng để làm gì ? A Đóng cắt tự động
B Đóng cắt từ xa C Đóng cắt bằng tay
D Đóng cắt mạch điện có cơng suất lớn Câu 2 Bộ phận nào dưới đây khơng có ở cầu dao?
A Lưỡi dao
B Tiếp xúc tĩnh
C Má kẹp
D Buồng dập hồ quang
Câu 3 Cầu dao dập hồ quang bằng phương pháp nào? A Kéo dài hồ quang
B Phân đoạn hồ quang C Thổi hồ quang bằng từ D Tất cả các phương pháp trên Câu 4 Tuổi thọ của cầu dao vào khoảng?
A Vài năm
Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Trang 49 C Vài nghìn lần đóng cắt
D Vài trăm nghìn lần đóng cắt
Câu 5 Theo điều kiện bảo vệ cầu dao được phân loại như thế nào? A Có cầu chì bảo vệ và khơng có cầu chì bảo vệ
B Có hộp và khơng có hộp C Cắt có tải và cắt khơng tải
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 50
BÀI 3: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ
❖ GIỚI THIỆU BÀI 3:
Sau khi học xong bài này, học sinh sẽ nắm được các nội dung cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện bảo vệ thường dùng trong cơng nghiệp và dân dụng như: rơ le nhiệt, cầu chì, biến áp đo lường;
❖ MỤC TIÊU CỦA BÀI 3 LÀ:
Về kiến thức:
+ Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện bảo vệ thường dùng trong công nghiệp và dân dụng như: rơ le nhiệt, cầu chì, biến áp đo lường.
+ Biết sử dụng được thành thạo các loại khí cụ điện bảo vệ trên, đảm bảo an toàn cho người và các thiết bị theo TCVN.
Về kỹ năng:
+ Chọn được các khí cụ bảo vệ theo yêu cầu
+ Hiểu được cách lắp các khí cụ bảo vệ vào một số mạch điện cơ bản Về thái độ:
+ Thái độ nghiêm túc trong giờ học.
+ Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 3
- Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 3 (cá nhân hoặc nhóm).
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 3) trước buổi học; hồn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 3 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 3
- Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Trang bị điện
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 51 ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 3
- Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: khơng có
✓ Kiểm tra lý thuyết: 01 ❖ NỘI DUNG BÀI 3: 3.1 Nam châm điện:
Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của khí cụ điện nó được dùng để biến đổi điện năng ra cơ năng trong khí cụ điện.
Nam châm điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Tự động hóa, các loại rơle, contactor...
3.1.1 Cấu tạo:
Hình 3.1: Cấu tạo nam châm điên có nắp Nam châm điện bao gồm hai bộ phận chính: Nam châm điện bao gồm hai bộ phận chính:
- Cn dây (Phần điện) - Mạch từ (Phần từ)
Nam châm được thuờng gặp trong thực tế được chia thành 2 loại: - Loại có nắp chuyển động:Gồm cuộn dây, lõi sắt từ và nắp.
Khi có dịng điện chạy qua trong cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ và hút nắp về phía lõi. Khi cắt dịng điện trong cuộn dây thì lực hút điện từ cũng khơng cịn nữa, nắp bị nhả ra.
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 52 - Loại khơng có nắp: gồm cuộn dây và lõi sắt từ.
Đối với loại khơng có nắp này, các vệt liệu sắt thép bị hút vào có thể xem là nắp .
3.1.2 Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.2: Cấu tạo nam châm điên khơng nắp
Hình 3.2: Phân tích lực hút của cuộn dây nam châm điện đối với vật liệu sắt từ Khi có dịng điện đi vào, cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, vật liệu sắt từ đặt torng từ Khi có dịng điện đi vào, cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, vật liệu sắt từ đặt torng từ trường đó sẽ bị từ hóa và có cực tính.
Từ thông xuyên qua vật liệu sắt từ theo đường kép kín. Theo quy định, chổ từ thơng đi ra ở vật liệu sắt từ gọi là cực bắc (N), chỗ từ thông đi vào gọi là cực nam (S).
Từ hình 1.2 ta thấy cực tính vật liệu sắt từ khác dấu cực tính của cuộn dây nên vật liệu sắt từ bị hút bởi lực điện từ F. Nếu đổi chiều dịng điện thì vật liệu sắt từ sau khi từ hóa vẫn có cực tính trái dấu với cực tính cuộn dây, do đó vật liệu sắt từ vẫn bị hút về phía cuộn dây. Vì vậy khi lõi từ mang cuộn dây có dịng điện , từ trường sẽ làm nắp bị từ hóa và hút nắp về phía lõi
Ứng dụng
a) Nam châm điện nâng hạ:
Thường được dùng nhiều trong các cần trục, đặc biệt là trong các nhà máy chế tạo cơ khí và luyện kim.
b) Nam châm điện phanh hãm:
Thường được dùng để hãm các bộ phận chuyển động của cần trục, trục chính các máy cơng cụ, ... Có nhiều kết cấu thiết bị hãm, nhưng thông dụng hơn cả là nam châm điện hãm kiểu guốc phanh, kiểu băng, kiểu đĩa. Thường có hai loại:
- Nam châm điện hãm có hành trình dài: Phần ứng (lõi thép động) của nam châm được nối với cần của hệ thống hãm.
- Nam châm điện hãm có hành trình ngắn.
c) Bộ ly hợp điện từ:
Thường dùng nam châm điện dòng điện một chiều kết hợp với các đĩa ma sát để