5.1. Đặt vấn đề
Mạng điện hạ áp ln có người thường xun làm việc. Mạng điện hạ áp là mạng nối đất. Nên xuất hiện dòng điện chạy vào đất trở về nguồn. Dịng điện chạm đất khơng đủ lớn để tác động thiết bị bảo vệ (vì xa điểm nối đất) nhưng lại đủ lớn để gây nguy hiểm cho người.
Cơ thể người rất nhạy cảm với dịng điện, ví dụ: dịng điện nhỏ hơn 10mA thì người có cảm giác kim châm; lớn hơn 10mA thì các cơ bắp co quắp; dịng điện đến 30mA đưa đến tình trạng co thắt, ngạt thở và chết người. Khi thiết bị điện bị hư hỏng rò điện, chạm mát mà người sử dụng tiếp xúc vào sẽ nhận dòng điện đi qua người xuống đất ở điện áp nguồn. Trong trường hợp này, CB(áptơmát) hay cầu chì khơng thể tác động ngắt nguồn điện với thiết bị, gây nguy hiểm cho người sử dụng. Nếu trong mạch điện có sử dụng thiết bị chống dịng điện rị thì người sử dụng sẽ tránh được tai nạn do thiết bị này ngắt nguồn điện ngay khi dòng điện rò xuất hiện.
5.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Thiết bị chống dòng điện rò hoạt động trên nguyên lý bảo vệ so lệch, được thực hiện trên cơ sở cân bằng giữa tổng dòng điện vào và tổng dòng điện đi ra thiết bị tiêu thụ điện.
Khi thiết bị tiêu thụ điện bị rò điện, một phần của dòng điện được rẽ nhánh xuống đất, đó là dịng điện rị. Khi đó dịng điện về theo đường dây trung tính rất nhỏ và rơ le so lệch sẽ dị tìm sự mất cân bằng này và điều khiển cắt mạch điện nhờ thiết bị bảo vệ so lệch.
Thiết bị bảo vệ so lệch gồm hai phần tử chính:
- Mạch điện từ ở dạng hình xuyến mà trên đó được quấn các cuộn dây của phần cơng suất (dây cí tiết diện lớn), chịu dòng cung cấp cho thiết bị tiêu thụ điện.
- Rơ le mở mạch cung cấp được điều khiển bởi cuộn dây đo lường (dây có tiết diện bé) cũng được đặt trên hình xuyến này, nó tác động ngắt các cực.
Thiết bị chống dòng điện rò gồm một biến dịng lõi cân bằng và 3 cuộn dây theo hình vẽ.
Khi khơng có hiện tượng rị điện: IP + IN = 0. Khơng có từ thơng biến thiên trong cuộn dây.
Khi có hiện tượng rị điện IP + IN ≠ 0 vì IP = IN + Ing
Sẽ tạo từ thơng biến thiên trong lõi biến dịng, làm xuất hiện suất điện động trong cuộn cảm ứng. Điện áp này sau khi được khuếch đại sẽ tác động vào role ngắt điện hệ thống.
* Phân loại RCD theo cực của hệ thống điện có RCD tác động tức thời và RCD tác động có thời gian trễ.
5.3. Phạm vi ứng dụng
Thiết bị chống dịng rị thường đặt trong mạng có trung tính nối đất làm việc và nối trung tính bảo vệ.
Phải gắn đúng dây pha vào cực L, dây trung tính vào N
Thiết bị chống dịng rị có nhiều cấp bảo vệ: 10mA, 30mA, 100mA, 300mA, 500mA.
Thiết bị chống dòng rò 30mA thường được dùng phổ biến để chống dòng điện giật.
Thiết bị 100mA trở lên được dùng trong phòng chống cháy, nổ. Thiết bị 10mA quá nhạy chỉ dùng cho những nơi có người bệnh, già yếu, người ít hiểu biết về điện như: bệnh viện, trường học, nhà trẻ …
CÂU HỎI CHƯƠNG 3
Câu 1: Hãy nêu công dụng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nam châm điện? Nêu ứng dụng của nó?
Câu 2: Nêu khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt?
Câu 3: Nêu công dụng, cấu tạo và phân loại cầu chì? Chức năng của từng loại cầu chì?
Câu 4: Nêu cơng dụng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt?
Câu 5: Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị chống dịng điện rị? Trình bày sự tác động của thiết bị chống dịng điện rị?
Chương 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
Mục tiêu:
- Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện điều khiển thường dùng trong công nghiệp và dân dụng.
- Sử dụng thành thạo được các loại khí cụ điện điều khiển nói trên, đảm bảo an tồn cho người và các thiết bị theo TCVN.
- Tính chọn được các loại khí cụ điện điều khiển thơng dụng theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
- Tháo lắp, phán đốn và sửa chữa được hư hỏng các loại khí cụ điện bảo vệ đạt các thông số kỹ thuật và đảm bảo an tồn.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong cơng việc
1. CONTACTOR 1.1. Công dụng
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện động lực từ xa, bằng tay ( thông qua bộ nút ấn) hoặc tự động. Cơng tắc tơ có thể dùng cho các mạch điện động lực có điện áp đến 500V, dòng điện định mức đến 600 A và tần số đóng cắt đến 1800 lần trong một giờ.
1.2. Phân loại
- Theo dạng dòng điện: Loại 1 chiều hoặc loại xoay chiều
- Theo số cực: Loại 1 pha, 2 pha hoặc 3 pha
- Theo công dụng: Loại đơn hoặc loại kép
- Theo nguyên lý tác động: Loại điện từ, thủy lực hoặc khí nén
Trong thực tế, ta thường gặp loại công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ.
1.3. Cấu tạo
Xét công tắc tơ xoay chiều 3 pha kiểu điện từ ( Hình 4.1). Cơng tắc tơ gồm các bộ phận chính sau:
- Lõi thép tĩnh (1) và lõi thép động (2) đều có dạng hình chữ E, được chế tạo
bằng các lá thép kỹ thuật điện được sơn cách điện, có bề dày từ 0,35 đến 0,5mm ghép lại với nhau. Lõi thép tĩnh (1) cố định. Lõi thép động (2) chuyển động lên xuống được dọc theo rãnh của vỏ công tắc tơ.
- Giá đỡ tiếp điểm động (3) bằng nhựa cách điện, bắt cố định với lõi thép
động (2). Trên giá đỡ (3) gá các tiếp điểm động có lị xo tiếp điểm tạo lực ép cần thiết cho tiếp điểm. Để thuận tiện cho việc lắp ghép, giá đỡ (3) thường được chế tạo thành nhiều khối rồi ghép lại với nhau.
- Vòng ngắn mạch (4) thường gắn trên lõi thép tĩnh (1) để chống rung khi
làm việc với dòng xoay chiều.
- Lò xo hồi vị (5) ln có xu hướng đẩy tách hai lõi thép động và tĩnh ra xa
nhau. Tùy từng loại cơng tắc tơ, lị xo (5) có 1 hoặc 2 chiếc.
- Cuộn hút (K) bằng dây đồng kỹ thuật điện, được quấn trên khung cách điện
và lồng vào lõi thép tĩnh (1). Hai đầu dây nối với mạch điều khiển để tạo nam châm điện.
- Các tiếp điểm chính (K1), tiếp điểm phụ thường mở (K2) và tiếp điểm phụ thường đóng (K3) đều có các tiếp điểm động có thể tiếp xúc với các tiếp điểm tĩnh
theo kiểu bắc cầu để đóng cắt mạch điện. Các tiếp điểm tĩnh và động đều được làm bằng đồng, phần tiếp xúc bằng hợp kim dẫn điện tốt, chịu mòn, chịu được hồ quang.
Công tắc tơ làm việc dựa trên nguyên tắc của nam châm điện.
Khi cuộn hút (K) chưa được cấp điện: Lò xo (5) đẩy lõi thép động (2) tách xa
lõi thép tĩnh (1). Các tiếp điểm chính (K1) và tiếp điểm phụ (K2) ở trạng thái mở, K3 ở trạng thái đóng (hình 4.1).
Khi cuộn hút (K) được cấp điện ( có thể là dịng điện 1 chiều hoặc xoay
chiều): Dòng điện này sẽ sinh ra từ thơng móc vịng qua cả hai lõi thép và khép kín mạch từ. Chiều và trị số của từ thông sẽ biến thiên theo chiều và trị số dịng điện sinh ra nó. Xét tại một thời điểm nhất định, từ thông đi qua bề mặt của hai lõi thép sẽ tạo thành ở hai bề mặt này hai cực N - S trái dấu nhau (vào nam, ra bắc). Kết quả là lõi thép động (2) sẽ bị hút về phía lõi thép tĩnh (1). Lực hút thắng lực đẩy của lò xo (5), giá đỡ (3) đi xuống làm cho các tiếp điểm chính (K1) và tiếp điểm phụ (K2) đóng, K3 mở.
Khi cuộn hút (K) bị cắt điện: Lò xo (5) đẩy phần động về vị trí ban đầu.
*Ứng dụng
Trong thực tế, người ta dùng công tắc tơ để điều khiển các thiết bị điện. Ta xét cụ thể sơ đồ mạch điện ứng dụng công tắc tơ để điều khiển động cơ điện xoay chiều ba pha. Trên sơ đồ mạch điện, cuộn hút và các tiếp điểm của công tắc tơ được ký hiệu như hình 4.2
Mạch động lực: Nguồn xoay chiều ba pha Ud=380V cung cấp cho động cơ xoay chiều ba pha qua ba tiếp điểm chính (K1).
Mạch điều khiển: Điện áp điêu khiển UĐK=Up=220V cấp cho cuộn hút (K) qua bộ nút ấn. Tiếp điểm phụ (K2) mắc song song với nút ấn M.
Muốn mở máy: Ấn nút thường mở M dòng điện từ pha C →D → M → cuộn hút (K) → O. Hai lõi thép (1) và (2) biến thành “nam châm điện” hút nhau kéo theo giá đỡ (3). Các tiếp điểm chính (K1) và tiếp điểm phụ (K1) đóng lại cấp điện cho động cơ hoạt động. Khi ta thả tay khỏi nút ấn M, mạch điêu khiển vẫn được duy trì dịng điện đi từ pha C → D → K2 → cuộn hút (K) → O.
Muốn tắt máy: Ấn nút thường đóng D, cuộn hút (K) mất điện, lị xo (5) đẩy
phần động tách xa khỏi phần tĩnh, các tiếp điểm chính (K1) và tiếp điểm phụ (K2) trở về trạng thái mở ban đầu, ngắt mạch động lực, động cơ ngừng hoạt động.
Thơng qua việc đóng cắt dịng điện điều khiển vào cuộn hút của cơng tắc tơ (dịng điện này thường nhỏ) mà ta có thể đóng cắt được hàng loạt các tiếp điểm chịu dòng điện lớn ở mạch động lực.
Tức là ta có thể dùng cơng tắc tơ để đóng cắt phụ tải thay cho cầu dao hoặc áp tơ mát việc đóng cắt nhẹ nhàng, đơn giản, an tồn, có thể điều khiển từ xa, có khả năng tự động hóa cao. Đó chính là ưu điểm nổi bật của cơng tắc tơ. Vì vậy, nó được sử dụng rất rơng rãi trong thực tế.
Khi lựa chọn công tắc tơ cần chú ý các thông số chủ yếu sau: A o A B C K1 M K2 K Nót Ên M D M
Hình 4.2: Mạch điện ứng dụng công tắc tơ điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha
- Điện áp định mức của công tắc tơ: Được ghi trên nhãn hiệu là điện áp cách điện an tồn giữa các bộ phận của cơng tắc tơ. Điện áp này không được chọn nhỏ hơn điện áp của lưới điện ( ở ví dụ trên Uđm ≥ 380 V).
- Điện áp định mức của cuộn hút công tắc tơ: Là điện áp đặt vào cuộn hút của công tắc tơ, phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển (có thể là 220V hoặc 380V).
- Dịng điện định mức của cơng tắc tơ: Là dòng điện định mức cho phép đi qua tiếp điểm chính của cơng tắc tơ. Khi chọn, dịng điện nay phải bằng hoặc lớn hơn dịng điện tính tốn của phụ tải.
- Số lượng các cặp tiếp điểm chính, phụ tùy thuộc vào phụ tải và sự liên động của công tắc tơ với các thiết bị khác.
Trong thực tế, người ta thường lắp kèm công tắc tơ với rơ le nhiệt (gọi là khởi động từ) hoặc kết hợp với rơ le thời gian để điều khiển, bảo vệ và khống chế động cơ điện.
1.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng 1.3.1. Hiện tượng hư hỏng tiếp điểm
a. Nguyên nhân
- Chọn khơng đúng cơng suất khí cụ điện: dịng điện định mức, điện áp và tần số thao tác của khí cụ điện khơng đúng với thực tế ..
- Lực ép trên các tiếp điểm không đủ lớn.
- Giá đỡ tiếp điểm không bằng phẳng, cong, vênh (đối với các loại tiếp điểm bắc cầu) hoặc lắp ghép lệch.
- Bề mặt tiếp điểm bị oxy hóa do xâm thực của mơi trường làm việc (có hóa chất, ẩm ướt...).
- Do hậu quả của việc xuất hiện dòng điện ngắn mạch một pha với đất hoặc dòng ngắn mạch hai pha ở phía sau cơng tắc tơ, khởi động từ...
1.3.2. Hiện tượng hư hỏng cuộn dây (cuộn hút)
- Ngắn mạch cục bộ giữa các vòng dây do cách điện xấu.
- Ngắn giữa các dây dẫn ra do chất lượng cách điện xấu hoặc ngắn mạch giữa dây dẫn và các vòng dây quấn do đặt giao nhau mà khơng có lót cách điện.
- Đứt dây quấn.
- Điện áp tăng cao quá điện áp định mức của cuộn dây. - Cách điện của cuộn dây bị phá hỏng do bị va đập cơ khí.
- Cách điện của cuộn dây bị phá hủy do bị q nóng hoặc vì tính tốn các thông số quấn lạu sai hoặc điện áp cuộn dây bị nâng cao quá, hoặc lõi thép hút
-Do nước ê muxi, do muối, dầu, khí hóa chất... của mơi trường âm thực làm chọc thủng cách điện vòng dây.
1.4. Sửa chữa khí cụ điện điều khiển
- Kiểm tra và sửa chữa nắn thẳng, phẳng giá đỡ tiếp điểm, điều chỉnh sao cho trùng khớp hoàn tồn các tiếp điểm động và tĩnh của cơng tắc tơ.
- Kiểm tra lị xo của tiếp điểm động xem có bị méo, biến dạng hay đặt lệch tâm khỏi chốt giữ. Phải điều chỉnh đúng lực ép tiếp điểm (dùng lực kế để kiểm tra).
- Thay thế bằng tiếp điểm mới khi kiểm tra thấy tiếp điểm bị quá mòn hoặc bị rỗ cháy hỏng nặng. Đặc biệt trong điều kiện làm việc có đảo chiều hay hãm ngược, các tiếp điểm thường hư hỏng và mài mòn rất nhanh (đặc biệt là tiếp điểm động).
- Kiểm tra và loại trừ các nguyên nhân bên ngoài gây hư hỏng cuộn dây và quấn lại cuộn dây theo mẫu hoặc tính tốn lại cuộn dây đúng điện áp và công suất tiêu thụ yêu cầu.
- Khi quấn lại cuộn dây, cần làm đúng cơng nghệ và kỹ thuật quấn dây, vì đó là một yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của cuộn dây.
2. KHỞI ĐỘNG TỪ
2.1. Khái quát và công dụng
Khởi động từ là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng, cắt, đổi chiều và bảo vệ quá tải các động cơ điện không đồng bộ 3 pha rơto lồng sóc.
Khởi động từ bao gồm: Khởi động từ đơn dùng để đóng cắt và bảo vệ quá tải cho động cơ gồm có 1 contactor và 1 rơle nhiệt. Khởi động từ đơn kép gồm có 2 contactor và 1 rơle nhiệtdùng để đóng cắt, đổi chiều và bảo vệ quá tải cho động cơ điện.
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu
- Tiếp điểm của khởi động từ phải chịu được độ mài mòn, va đập. - Khả năng đóng, cắt cao.
- Thao tác đóng, cắt dứt khốt.
- Công suất tiêu thụ trên cuộn hút khởi động từ nhỏ nhất. - Bảo vệ tin cậy động cơ điện khỏi bị quá tải lâu dài.
- Chịu được dòng khởi động của động cơ lớn từ (5÷7) dịng định mức.
Dùng để điều khiển, vận hành từ xa động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha quay theo một chiều nhất định.
* Yêu cầu thiết bị điều khiển: 1 Contactor; 2 Nút ấn đơn (1nút mở, 1 nút
dừng), 2 Cầu chì bảo vệ.
* Tác dụng thiết bị
+ CC: Cầu chì 3 pha bảo vệ ngắn mạch + K: Cuộn dây contacto
+ Các tiếp điểm rơ le RN1, RN2: bảo vệ quá tải + Nút ấn Nc: Nút dừng
+ Nút ấn Nđ: Nút mở
+ NO-K: Tiếp điểm thường mở của contacto + Đ: Động cơ điện xoay chiều ba pha
* Nguyên lý làm việc
Khi mở máy: Đóng cầu dao, cấp nguồn cho tồn mạch. Ấn nút Nđ, lúc này cuộn dây cơng tắc tơ K của khởi động từ có điện ( điện áp dây 2 pha AC) sẽ hút tất cả tiếp điểm thường mở NO-K, điện đi vào động cơ và động cơ quay theo một chiều cố định. Đồng thời tiếp điểm phụ thường mở NO-K mắc song song nút ấn thường mở Nđ sẽ duy trì cấp điện cho cuộn dây K, động cơ làm việc bình thường khi thả tay ra.
Muốn dừng động cơ, ta ấn nút cắt Nc (nút dừng) cuộn dây công tắc tơ K mất điện, nhả tất cả các tiếp điểm thường mở NO-K, động cơ mất điện sẽ dừng lại.
Khi có sự cố quá tải động cơ, Rơ le nhiệt (RN1 và RN2) tác động, làm ngắt mạch do 2 tiếp điểm của rơle nhiệt mở ra, không cấp điện cho cuộn dây K của contactor. Tiếp điểm thường mở NO-K ở mạch động lực mở ra cắt điện vào động cơ, động cơ ngừng quay.
2.3.2. Khởi động từ kép
Dùng để điều khiển, vận hành từ xa và đảo chiều quay động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha.
a. Mạch khởi động từ kép dùng nút bấm đơn (hình 4.4)