Đồ án tốt nghiệp: Khảo sát đặc tính và ứng dụng khí cụ điện hạ áp

2014

360
0
0

Phí lưu trữ

75 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án khí cụ điện hạ áp

Đồ án khí cụ điện hạ áp là công trình nghiên cứu chuyên sâu về các thiết bị điện hoạt động trong mạng điện áp thấp, thường dưới 1000V. Chủ đề này bao gồm việc khảo sát đặc tính kỹ thuật và ứng dụng thực tế của các loại khí cụ như aptomat, contactor, cầu chì, rơle bảo vệ. Mục tiêu chính là hiểu rõ nguyên lý làm việc, cách phân loại và các yêu cầu cơ bản khi vận hành. Khí cụ điện hạ áp đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ hệ thống điện, đảm bảo an toàn và ổn định cho mạng lưới phân phối điện công nghiệp và dân dụng. Việc nghiên cứu này đòi hỏi kiến thức nền tảng vững chắc về điện công nghiệp và kỹ thuật mạch điện.

1.1. Khái niệm và vai trò của khí cụ điện hạ áp

Khí cụ điện hạ áp là các thiết bị điện được thiết kế để đóng, cắt, điều khiển và bảo vệ các mạch điện trong mạng điện áp thấp. Chúng thực hiện nhiều chức năng quan trọng như bảo vệ ngắn mạch, quá tải, điều khiển động cơ, và phân phối điện. Vai trò của khí cụ hạ áp rất quan trọng trong mọi hệ thống điện, từ nhà ở đến nhà máy công nghiệp, đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả cho toàn bộ mạng lưới điện.

1.2. Phân loại và tiêu chuẩn đánh giá khí cụ hạ áp

Khí cụ điện hạ áp được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí. Theo chức năng, có loại đóng cắt, bảo vệ, điều khiển. Theo dòng điện, phân thành dòng xoay chiều và một chiều. Theo nguyên lý làm việc, có loại cơ khí, bán dẫn, khí nén. Tiêu chuẩn đánh giá bao gồm điện áp định mức, dòng điện định mức, khả năng cắt ngắn mạch, độ bền điện và cơ khí. Việc phân loại giúp lựa chọn đúng khí cụ cho từng ứng dụng cụ thể trong hệ thống điện.

II. Phân tích các vấn đề lý thuyết khí cụ hạ áp

Cơ sở lý thuyết khí cụ điện hạ áp tập trung vào các hiện tượng vật lý phức tạp xảy ra trong quá trình vận hành. Một trong những vấn đề cốt lõi là ngắn mạch hạ áp, bao gồm ngắn mạch 3 pha, 2 pha, 1 pha. Đặc tính dòng ngắn mạch rất lớn, gây ra hậu quả nghiêm trọng như phá hủy cách điện, cháy nổ và sụt áp mạng. Ngoài ra, lực điện động sinh ra giữa các dây dẫn mang dòng điện trong từ trường có thể phá hủy cấu trúc cơ khí của thiết bị. Phát nóng quá mức cũng là vấn đề lớn, làm suy giảm cách điện và rút ngắn tuổi thọ khí cụ. Hồ quang điện xuất hiện khi ngắt mạch là hiện tượng nguy hiểm, cần các biện pháp dập hồ quang hiệu quả. Các vấn đề về mạch từ và điện trở tiếp xúc cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất làm việc.

2.1. Hiện tượng ngắn mạch và hậu quả trong mạng hạ áp

Ngắn mạch là sự cố nghiêm trọng trong mạng điện hạ áp, làm dòng điện tăng đột biến. Đặc tính dòng ngắn mạch phụ thuộc vào điện áp nguồn và tổng trở mạch. Hậu quả của ngắn mạch bao gồm xuất hiện hồ quang điện phá hủy cách điện, lực điện động lớn gây hư hỏng kết cấu, và nhiệt độ tăng cao làm hỏng cách điện. Ngoài ra, ngắn mạch còn gây sụt áp nghiêm trọng trên toàn mạng, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị khác.

2.2. Lực điện động và phát nóng trong khí cụ hạ áp

Lực điện động là lực cơ học sinh ra do tương tác giữa dòng điện trong dây dẫn và từ trường. Giá trị lực tỷ lệ với bình phương dòng điện, có thể lên rất lớn khi ngắn mạch, gây biến dạng hoặc gãy các chi tiết dẫn điện. Phát nóng trong khí cụ điện diễn ra ở hai chế độ: chế độ quá độ và chế độ ngắn mạch. Nhiệt độ tăng cao làm suy giảm chất lượng cách điện, dẫn đến hư hỏng và nguy cơ chạm chập. Cần tính toán kỹ để đảm bảo ổn định nhiệt và động.

III. Giải pháp và phương pháp thiết kế khí cụ hạ áp

Để giải quyết các vấn đề lý thuyết, đồ án áp dụng nhiều phương pháp tính toán và thiết kế. Đối với ngắn mạch, phương pháp tính toán dòng ngắn mạch 3 pha dựa trên tổng trở nối tiếp của mạch được sử dụng phổ biến. Để chống lại lực điện động, người ta thiết kế cấu trúc tiếp điểm chắc chắn, sử dụng vật liệu chịu lực, và bố trí sao cho lực điện động tự hãm. Biện pháp dập hồ quang điện bao gồm sử dụng môi trường dập hồ quang như dầu, không khí, chân không, hoặc khí SF6, cùng với các cấu tạo đặc biệt như ngăn hồ quang, từ trường dập hồ quang. Tính toán phát nóng sử dụng các phương trình nhiệt để xác định kích thước dây dẫn và bề mặt tản nhiệt. Thiết kế mạch từ và tiếp xúc điện đòi hỏi vật liệu từ phù hợp và bề mặt tiếp xúc sạch, áp lực tiếp xúc đủ lớn để giảm điện trở tiếp xúc.

3.1. Phương pháp tính toán và bảo vệ khí cụ hạ áp

Phương pháp tính toán khí cụ hạ áp bao gồm xác định dòng ngắn mạch dựa trên công thức tổng trở, tính lực điện động bằng định luật Lorentz, và tính toán phát nóng dựa trên cân bằng nhiệt. Các giải pháp bảo vệ bao gồm sử dụng aptomat, cầu chì để cắt mạch nhanh khi sự cố, thiết kế hệ thống làm mát phù hợp, và lựa chọn vật liệu có độ bền nhiệt và cơ khí cao. Việc tính toán chính xác giúp đảm bảo khí cụ hoạt động an toàn và tin cậy.

3.2. Thiết kế hồ quang điện và mạch từ trong khí cụ hạ áp

Thiết kế hệ thống dập hồ quang điện là yếu tố quyết định tuổi thọ khí cụ đóng cắt. Các phương pháp phổ biến bao gồm dập hồ quang trong dầu, không khí nén, chân không, và khí SF6. Thiết kế mạch từ cho khí cụ như contactor, rơle cần đảm bảo từ thông đủ lớn để sinh lực hút cơ điện, đồng thời hạn chế tổn hao và phát nóng. Từ dẫn khe hở không khí là tham số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của mạch từ trong khí cụ điện hạ áp.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế khí cụ hạ áp

Đồ án khảo sát đặc tính và ứng dụng khí cụ điện hạ áp đã hệ thống hóa được các kiến thức lý thuyết và thực tiễn quan trọng. Kết luận cho thấy khí cụ hạ áp có vai trò không thể thiếu trong mọi hệ thống điện, từ bảo vệ, điều khiển đến phân phối điện. Việc hiểu rõ nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật và các giới hạn cho phép giúp vận hành an toàn, hiệu quả. Ứng dụng thực tế rất rộng rãi, bao gồm hệ thống điện công nghiệp, tòa nhà, hạ tầng đô thị, và các thiết bị gia dụng. Đồ án cung cấp nền tảng vững chắc cho việc lựa chọn, lắp đặt và bảo trì khí cụ điện hạ áp trong thực tế, đồng thời gợi mở hướng nghiên cứu sâu hơn về vật liệu mới và công nghệ thông minh cho khí cụ điện thế hệ tương lai.

4.1. Ứng dụng thực tế của khí cụ điện hạ áp

Khí cụ điện hạ áp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp, chúng dùng để khởi động và bảo vệ động cơ, điều khiển dây chuyền sản xuất. Trong dân dụng, aptomat và cầu chì bảo vệ mạng điện gia đình. Trong hạ tầng, khí cụ hạ áp đóng vai trò phân phối và bảo vệ mạng lưới điện. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng trong hệ thống nguồn dự phòng, tủ điện điều khiển trung tâm, và các ứng dụng năng lượng tái tạo như hệ thống điện mặt trời.

4.2. Hướng phát triển và cải tiến khí cụ hạ áp hiện đại

Khí cụ điện hạ áp đang phát triển theo hướng thông minh và tiết kiệm năng lượng. Xu hướng hiện đại bao gồm tích hợp vi xử lý để giám sát và bảo vệ chính xác hơn, kết nối IoT cho quản lý từ xa, sử dụng vật liệu mới như hợp kim bạc-graphite cho tiếp điểm bền hơn, và áp dụng công nghệ chân không, SF6 thân thiện môi trường. Hướng cải tiến cũng tập trung vào giảm kích thước, tăng tuổi thọ, và nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện thông minh ngày càng phức tạp.

22/04/2026

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Điện - Điện Tử Độc lập – Tự do – Hạnh phúc   Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: LÊ TUẤN KHANH MSSV: 09102062 LÊ NGỌC TOẢN MSSV: 09102138 Lớp: 091021B Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp Giáo viên hƣớng dẫn: TS. BÙI VĂN HỒNG Ngày giao đề tài: 20/ 03/2014 Ngày nộp đề tài: 14/ 07/2014 1. Tên đề tài KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu Tài liệu lý thuyết khí cụ điện và các tài liệu khác liên quan đến khí cụ điện. Nội dung đồ án Mở đầu Chƣơng I. TỔNG QUAN KHÍ CỤ ĐIỆN Chƣơng II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP Chƣơng III. ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP Kết luận Trƣởng ngành Giáo viên hƣớng dẫn TS. Bùi Văn Hồng I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN . Giáo viên hƣớng dẫn II ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN . Giáo viên phản biện III ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, với sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô là yếu tố quyết định đến sự thành công của đề tài ngày hôm nay. Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy BÙI VĂN HỒNG – giáo viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình giúp đỡ và cho chúng em những lời chỉ dạy, kiến thức quý báu giúp chúng em định hướng và làm tốt trong khi thực hiện đề tài. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tập thể quý thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử và bộ môn Điện Công Nghiệp đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài cũng như đóng góp ý kiến giúp đề tài hoàn thiện hơn. Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới nhà trường, thầy cô, gia đình và bàn bè đã động viên và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện IV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU .TỔNG QUAN KHÍ CỤ ĐIỆN . Khái niệm khí cụ điện . Phân loại khí cụ điện . Theo chức năng. Theo dòng điện . Theo nguyên lý làm việc . Theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ . Theo điện áp làm việc . Đặc điểm và yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện . 4 CHƢƠNG II.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN . Ngắn mạch hạ áp . Phân loại ngắn mạch . Đặc tính dòng ngắn mạch . Hậu quả của ngắn mạch . Tính toán ngắn mạch 3 pha . Lực điện động . Phƣơng pháp tính lực điện động . Cộng hƣởng cơ khí . Ổn định lực điện động của khí cụ điện . Tính toán phát nóng của khí cụ điên . Tính toán phát nóng ở chế độ quá độ . Các chế độ làm việc của khí cụ điện . Tính toán phát nóng ở chế độ ngắn mạch . Hồ quang điện . Sự ion hóa và phản ion trong chất khí . 26 V ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Biện pháp dập hồ quang điện . Mạch từ và các định luật của mạch từ . Từ dẫn khe hở không khí . Điện trở tiếp xúc . Các yếu tố ảnh hƣởng đến điện trở tiếp xúc (Rtx). Tiếp điểm thiết bị điện . Nguyên nhân hƣ hỏng tiếp xúc và biện pháp khắc phục . 43 CHƢƠNG III. ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP . DAO CÁCH LY . Nguyên lý làm việc . Thông số kỹ thuật . Tính toán lựa chọn . Nguyên lý làm việc . Thông số định mức . Đặc tính bảo vệ và đặc tính làm việc . Tính toán lựa chọn . 73 VI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyên lý hoạt động. Thông số kỹ thuật . Tính toán lựa chọn . Nguyên lý hoạt động. Thông số kỹ thuật . Đặc tính kỹ thuật. Tính toán lựa chọn . Nguyên lý hoạt động. Các thông số cơ bản của contactor . Đặc tính các cực của Contactor . Tính toán lựa chọn . Cấu tạo và nguyên lý hoạt động . Thông số kỹ thuật . Đặc tính kỹ thuật. Tính toán lựa chọn . 147 VII ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyên lý hoạt động. Thông số kỹ thuật . Tính toán lựa chọn . Nguyên lý hoạt động. Thông số kỹ thuật . Tính toán lựa chọn . RƠLE TRUNG GIAN . Nguyên lý hoạt động. Thông số kỹ thuật . Tính toán lựa chọn . RƠLE THỜI GIAN. Nguyên lý hoạt động. 185 VIII ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Thông số kỹ thuật . Đặc tính kỹ thuật. Tính toán lựa chọn . Cấu tạo và nguyên lý hoạt động . Thông số kỹ thuật . Tính toán lựa chọn . KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC. HẠN CHẾ ĐỀ TÀI . 204 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 206 CÔNG THỨC TÍNH TỪ DẪN KHE HỞ KHÔNG KHÍ . 206 TRA CỨU CẦU CHÌ HẠ ÁP . 218 TRA CỨU CẦU DAO HẠ ÁP . 237 MÁY CẮT CHỐNG DÒNG RÒ RCCB CỦA CHLB ĐỨC . 240 MÁY CẮT CHỐNG DÒNG RÒ RCCB CỦA General Electric . 242 MÁY CẮT CHỐNG DÒNG RÒ RCD CỦA ABB . 244 MÁY CẮT CHỐNG DÒNG RÒ RCD HÃNG LS . 247 MÁY CẮT CHỐNG DÒNG RÒ RCD CỦA Mishubishi Electric . 249 TRA CỨU CONTACTOR CỦA HÃNG ABB . 252 TRA CỨU CONTACTOR CỦA HÃNG LS . 258 TRA CỨU CONTACTOR CỦA HÃNG Mishubishi Electric . 265 TRA CỨU MCCB CỦA HÃNG LS . 274 TRA CỨU MCCB CỦA HÃNG Mishubishi Electric . 280 IX ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG TRA CỨU MCCB CỦA HÃNG Schneider . 303 TRA CỨU MCB CỦA HÃNG ABB . 310 TRA CỨU MCB CỦA HÃNG LS . 318 TRA CỨU MCB CỦA HÃNG Mishubishi Electric . 328 TRA CỨU MCB CỦA HÃNG Schneider. 333 X ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƢƠNG I. TỔNG QUAN KHÍ CỤ ĐIỆN .3 CHƢƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN .1 Dạng sóng ngắn mạch .2 Ký hiệu và xác suất xảy ra các dạng ngắn mạch .3 Dạng dòng ngắn mạch và các thành phần khi ngắn mạch xa máy phát .1 Đồ thị biễu diễn hai nghiệm phƣơng trình vi phân nhiệt .2 Đồ thị biễu diễn hai nghiệm phƣơng trình vi phân nhiệt .3 Đồ thị biễu diễn hai nghiệm phƣơng trình vi phân nhiệt .4 Đƣờng đặc tính phát nóng theo thời gian ở chế độ dài hạn .5 Đƣờng đặc tính phát nóng theo thời gian ở chế độ ngắn hạn .6 Đƣờng đặc tính phát nóng theo thời gian ở chế độ ngắn hạn lặp lại .1 Giai đoạn phóng điện trong chất khí .2 Hồ quang điện một chiều .3 Hồ quang điện xoay chiều .1 Tiếp xúc cố định .2 Tiếp xúc đóng mở .3 Tiếp xúc trƣợt .4 Tiếp xúc của 2 vật dẫn .5 Điện trở tiếp xúc khi lực nén tăng .38 CHƢƠNG III. ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP .1 Các loại dao cách ly .2 Cấu tạo dao cách ly đơn giản.3 Cấu tạo dao cách ly kiểu mới OS và OT .4 Dao cách ly có dao cách ly phụ .5 Dao cách ly cách ly một ngã (2-3 cực) và hai ngã .6 Dao cách ly cách ly hộp.7 Ứng dụng dao cách ly .1 Cầu chì hạ áp .54 XI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG Hình 3.2 Cấu tạo cầu chì .3 Cấu tạo cầu chì .4 Giản đồ thời gian của quá trình phát sinh hồ quang .5 Cầu chì loại hở .6 Cầu chì loại vặn .7 Cầu chì loại ống .8 Đặc tính bảo vệ ampe – giây .9 Năng lƣợng tồn tại trong cầu chì .10 Hệ số hiệu chỉnh .11 Đặc tính làm việc của cầu chì .12 Đặc tính ampe giây của các loại cầu chì .13 Biểu đồ các dòng điện .14 Đặc tính ampe giây của cầu chì hãng ABB loại gG .15 Đặc tính ampe giây của cầu chì hãng ABB loại aM .16 Đặc tính cắt dòng của cầu chì hãng ABB loại gG .17 Đặc tính cắt dòng của cầu chì hãng ABB loại aM .18 Cầu chì bảo vệ đƣờng dây .20 Cầu chì dạng ống ba pha .21 Cầu chì trong xe bảo vệ mạch điện .22 Cầu chì trong lò vi ba .2 Cấu tạo máy cắt MCB .3 Cấu tạo MCCB hạ áp .4 Tiếp điểm thẳng .5 Tiếp điểm hình chữ U .6 Buồng dập hồ quang .7 Cơ cấu tác động cơ khí .8 Kích hoạt bằng tay .9 Kích hoạt bằng rơle nhiệt .79 XII ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG Hình 3.10 Kích hoạt bằng nam châm điện .11 Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại .12 Sơ đồ nguyên lý CB điện áp thấp .15 CB một cực – hai cực – ba cực .16 CB bốn cực .17 Khả năng chịu dòng ngắn mạch theo thời gian của CB nhóm B .18 Thông số kỹ thuật MCCB của ABB .19 Thông số kỹ thuật MCCB của Shouke/cnchele.20 Đọc ký hiệu trên máy của MCCB LS.21 Đƣờng biểu diễn dòng làm việc của CB với thời gian .22 Các đƣờng cong mở CB loại B, C, D, Z, K .23 Đƣờng cong bù nhiệt điển hình .24 Đƣờng cong tác động trạng thái nóng .25 Trình tự tác động tức thời .26 Lựa chọn trƣớc một đặc tính cho một MCCB 400A Etibreak .27 Lựa chọn đặc tính .28 MCCB bảo vệ nguồn điện 3 pha .29 CB bảo vệ động cơ .30 MCB trong mạch điều khiển .31 Ứng dụng MCCB và MCB trong công nghiệp.1 Máy cắt dòng rò hãng ABB .2 Cấu tạo RCCB .3 Nguyên lý hoạt động mạng một pha .4 Nguyên lý hoạt động mạng ba pha .5 RCD và RCCB .6 Thiết bị ngắt mạch chạm đất GFCI .105 XIII ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. BÙI VĂN HỒNG Hình 3.9 Đặc tính ampe giây .10 Vùng tác động của dòng điện và thời gian lên cơ thể con ngƣời .9 ELCB lắp đặt trong gia đình có màu đen ở giữa .10 Ứng dụng RCD trong công nghiệp.11 Ứng dụng GFCI trong mạng điện.12 Ứng dụng ELCB trong hộ gia đình .2 Cấu tạo Contactor .3 Trạng thái nam châm chƣa hút .4 Trạng thái nam châm tạo lực hút .6 Contactor một chiều .7 Contactor xoay chiều .8 Contactor của hãng Telemecaniqua (Pháp) loại AC1 .9 Đặc tính Contactor loại AC1 .10 Contactor của hãng Telemecaniqua (Pháp) loại AC3 .11 Đặc tính Contactor loại AC3 .12 Contactor của hãng Telemecaniqua (Pháp) loại AC4 và AC2 .13 Đặc tính Contactor loại AC4 và AC2 .14 Mạch khởi động từ .15 Mạch khởi động đảo chiều .16 Contactor khởi động động cơ .17 Mở rộng tiếp điểm contactor của hãng LS .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ