Chương 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP
5.3. Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện hạ áp
5.3.2. Chọn và kiểm tra cầu chì hạ áp
Cầu chì là thiết bị bảo vệ ngắn mạch cắt nhanh đơn giản, rẻ tiền, kích thước nhỏ. Vì vậy cầu chì được dùng rất phổ biến. Nhược điểm của cầu chì là đặc tính làm việc không ổn định. Cầu chì được cấu tạo bởi các dây trần hoặc tấm kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp.
Nguyên lý làm việc là khi có dòng điện tăng cao, dây chảy sẽ bị đốt nóng đến nhiệt độ nóng chảy, dây chảy đứt, mạch được bảo vệ sẽ cắt khỏi nguồn. Hồ quang xuất hiện lúc dây chảy sẽ được dập bằng cơ cấu dập hồ quang, ở những mạch điện áp thấp, công suất nhỏ, cầu chì thường không có cơ cấu dập hồ quang.
Hiện nay có nhiều loại cầu chì:
Cầu chì ống: Có ống bằng phíp loại P có điện áp dưới 660V và dòng điện định mức dưới 1000 A.
Cầu chì thạch anh: Dùng cho điện áp dưới 660 V loại H có ống tháo ra được với dòng định mức (1560)A, loại H có ống tháo ra được với dòng định mức (100600)A.
Loại cầu chì cao áp đến 35 kV như K để bảo vệ mạch động lực và KT để bảo vệ máy biến điện áp đo lường.
Trong các cầu chì ống loại P việc dập hồ quang rất có hiệu quả do khi hồ quang xuất hiện làm cho ống phíp bị phân huỷ thành các chất khí tạo nên áp xuất cao (80100) atmotphe thổi tất cả các tia hồ quang.
Trong chế độ làm việc bình thường những chỗ hẹp của dây chảy bị đốt nóng nhiều hơn những chỗ rộng, vì vậy khi quá tải dây chảy thường bị chảy ở những chỗ hẹp nhất, khi ngắn mạch nhiệt độ ở những chỗ hẹp tăng rất nhanh, kết quả là dây chảy bị chảy cùng một lúc ở nhiều chỗ hẹp nên khả năng dập hồ quang tăng lên.
Trong các cầu chì loại K dùng ở các mạng điện áp cao, người ta thường dùng dây chảy bằng bạc hoặc đồng với mục đích cải thiện điều kiện dập hồ quang, (giảm lượng khí kim loại) và để giảm nhiệt độ nóng chảy của dây chảy bằng bạc và đồng bằng cách dùng hiệu ứng luyện kim.
Trong trường hợp này người ta hàn những viên bi nhỏ bằng kim loại dễ chảy lên dây chảy của cầu chì. Khi dòng điện qua dây chảy tăng cao, nhiệt độ của dây chảy cũng tăng lên, khi nhiệt độ của dây chảy tăng lên đến nhiệt độ nóng chảy của kim loại dùng để chế tạo những viên bi, thì các viên bi này sẽ bị chảy và các phần tử của kim loại này thẩm thấu vào kim loại làm dây chảy, kết quả là tạo thành một hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của kim loại làm dây chảy.
Như vậy dây chảy tại chỗ kim loại hoà tan với nhau sẽ chảy trước. Hồ quang xuất hiện ở chỗ đứt tiếp tục làm chảy dây chảy ở những chỗ còn lại.
Điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì Bảng 5.2 Số TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Ký hiệu Công thức chọn
và kiểm tra 1 Điện áp định mức, kV UđmCC UđmCC Uđm mạng
2 Dòng điện định mức của dây chảy,
kA Idc IđmTB Idc Ivo
3 Điều kiện mở máy
a Idc Idn
4 Điều kiện cắt chọn lọc Idc1 > Idc2
5 Công suất cắt, MVA Scat SN
Trong đó: Ivo là dòng điện vỏ của cầu chì.
Khi dòng điện đi qua dây chảy càng lớn, dây chảy chảy càng nhanh và thời gian cắt điện bằng cầu chì càng nhỏ, quan hệ giữa thời gian cắt với dòng điện gọi là đặc tính bảo vệ của dây chảy. Đối với mọi loại cầu chì người ta đều cho các họ đường đặc tính ứng với một giá trị dòng điện định mức của dây chảy theo thời gian. Khi chọn cầu chì bảo vệ động cơ nếu biết được đặc tính khởi động của động cơ và họ đặc tính khởi
động của cầu chì định chọn thì ta chỉ việc vẽ đặc tính khởi động của động cơ lên cùng hệ toạ độ của đặc tính bảo vệ của cầu chì thì ta sẽ chọn được cầu chì có Idc phù hợp.
Ví dụ như trên hình 5.4 ta chọn cầu chì có đường đặc tính bảo vệ số 1.
Khi không biết đặc tính khởi động của động cơ ta có thể áp dụng công thức:
aI.
k a
Idc Idn mm dm Trong đó:
- Iđn là dòng điện đỉnh nhọn.
- kmm là hệ số khởi động của động cơ.
+) Đối với động cơ không đồng bộ kmm = (57).
+) Đối với động cơ đồng bộ kmm =(22,5).
- a là hệ số chọn theo tình hình cụ thể của phụ tải và tần số khởi động.
+) Đối với máy hàn a = 1,6.
+) Đối với động cơ mở máy có tải a = (1,62).
+) Đối với động cơ mở máy không tải a = 2,5.
Khi chọn cầu chì cho nhánh cung cấp điện cho một nhóm động cơ thì Idn được xác định:
) I.
k I(
I.
k
Idn mm dmmax tt sd dmmax
Trong đó:
- Iđm max là dòng điện định mức của động cơ có dòng mở máy lớn nhất trong nhóm.
- kmm, ksd là hệ số mở máy và hệ số sử dụng của động cơ có dòng mở máy lớn nhất trong nhóm.
- I là dòng điện tính toán của cả nhóm.
I
t Idc = Const
Đặc tính khởi động của động cơ (1)
(2)
Hình 5.4. Phối hợp đặc tính bảo vệ của cầu chì
Để bảo vệ cho máy biến áp, việc chọn Idc được tiến hành với dòng định mức của máy biến áp IđmBA.
BA dm
dc I
I
Nhưng phải chú ý tới khả năng quá tải của máy biến áp:
- Máy biến áp đặt ngoài trời khả năng quá tải tới 1,4 Iđm BA. - Máy biến áp đặt trong nhà khả năng quá tải tới 1,2 Iđm BA.
Đối với các mạng cung cấp điện được bảo vệ bằng cầu chì, việc phối hợp giữa dòng điện cho phép của dây dẫn [I] và dòng định mức của dây chảy Idc trong các trường hợp cụ thể như sau:
- Đối với mạng cung cấp điện cho những nơi phụ tải khó lường trước để đảm bảo an toàn cho dây dẫn nên chọn:
) 5 ,1 25 ,1 I[ ]I (
dc
- Đối với mạng chiếu sáng trong phân xưởng, phụ tải ít thay đổi:
I[ ]I 1
dc
- Đối với các đường dây chính trong các mạng cung cấp điện cho phụ tải có nhiều khả năng xuất hiện trong đỉnh nhọn nên chọn:
Idc 3 [I]
Để đảm bảo tính tác động chọn lọc của cầu chì, các cầu chì phải được đặt theo cấp tác động. Ví dụ (hình 5.5).
Hình 5.5. Sự phối hợp bảo vệ của các cầu chì t
I 0
CC4
CC3
CC2
CC1 b.
CC4
CC3
CC2
CC1
Đ Đ
Đ
N1
N2 N3
a.
AT
Khi ngắn mạch tại N1 thì CC1 phải tác động trước CC2 và CC3. Khi ngắn mạch tại N2 thì CC2 phải tác động trước cầu chì CC3. Để các cầu chì tác động chọn lọc như vậy ta phải phối hợp đặc tính tác động của các cầu chì như hình 5.5b).
Ví dụ: Chọn cầu chì bảo vệ mạch điện 380V cung cấp cho phụ tải là động cơ 20kWW; hệ số công suất cos = 0,8; hệ số mở máy kmm = 5,5 điều kiện khởi động nhẹ ( = 2,5). Kiểm tra dây cáp đồng tiết diện 35mm2 (dòng điện chop phép = 150A) ở điều kiện bình thường. Xét 2 trường hợp
a. Đường dây không cần bảo vệ quá tải b. Đường dây cần bảo vệ quá tải
Cách giải:
Dòng điện định mức của động cơ
) ( 8, 38 0 . 38 , 0 . 3
20 cos
. .
. 3 A
U
Idm dc P
Dòng khởi động của dây chảy
) ( 56 , 5 83 , 25.38
.I . ,5 A
k I I
m dc dm mm m
dc mm
Tra bảng chọn cầu chì loại H2-250/II có dòng định mức là 100A, dòng khởi động của dây chảy là 150A.
Kiểm tra sự phù hợp của dây dẫn
a. Trường hợp không cần bảo vệ quá tải, tra bảng tìm được bội số kbv = 0,33.
Ta có kbv.Idc = 0,33.100 = 33<150A Vậy tiết diện dây đảm bảo điều kiện phát nóng
b. Trường hợp có bảo vệ quá tải, tra bảng tìm được bội số kbv = 1,25 Ta có 1,25.100 = 125<150
Trong cả 2 trường hợp dây cáp được bảo vệ an toàn bởi cầu chì đã chọn.