Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Lắp đặt thiết bị đo lường điện (Mã số: ELEC54130 / ELEC55130) được ban hành kèm theo Quyết định số 205/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), hoàn thành biên soạn vào tháng 06 năm 2022 tại Bà Rịa – Vũng Tàu. Tài liệu do Tổ bộ môn Điện thực hiện với Ban biên soạn gồm: Lê Thị Thu Hường (Chủ biên), Ninh Trọng Tuấn và Nguyễn Xuân Thịnh.

Trong chương trình đào tạo nghề Lắp đặt thiết bị điện trình độ Cao đẳng (tổng dung lượng 95 tín chỉ, 2280 giờ), mô đun này có thời lượng 05 tín chỉ với 120 giờ đào tạo (bao gồm 28 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận và 5 giờ kiểm tra). Mô đun thuộc nhóm môn học/mô đun chuyên môn nghề bắt buộc, được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các học phần cơ sở và chuyên ngành như: Mạch điện cơ bản, An toàn điện, Vẽ điện chuyên ngành, Vật liệu điện, Khí cụ điện, Đo lường điện, Trang bị điện 1, Trang bị điện 2, Máy điện; đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi học mô đun Lắp đặt thiết bị bảo vệ.

Mục tiêu học tập của giáo trình xác định rõ ba chuẩn đầu ra:

  1. Kiến thức: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo điện áp, dòng điện, tần số, công suất, điện năng; phân biệt được các dụng cụ đo thông dụng như am-pe mét, vôn mét, oát mét, VOM, công tơ 1 pha, công tơ 3 pha trực tiếp/gián tiếp, máy biến dòng (TI) và máy biến điện áp (TU).
  2. Kỹ năng: Lắp đặt thành thạo, đúng yêu cầu kỹ thuật và an toàn các loại máy biến dòng, máy biến điện áp, thiết bị đo lường và hệ thống tủ đo lường phân phối tổng; sử dụng các dụng cụ đo để kiểm tra các đại lượng điện và không điện.
  3. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện thái độ làm việc chuẩn xác, nghiêm túc, tuân thủ nghiêm ngặt quy tắc an toàn điện và bảo quản trang thiết bị.

Giáo trình được cấu trúc thành 13 bài học tích hợp, tiếp cận theo logic từ cấu kiện đo lường/biến đổi riêng lẻ đến các cụm thiết bị đo lường phức hợp và hoàn thiện ở cấp độ hệ thống tủ phân phối tổng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 13 bài học phân bổ chi tiết qua 120 giờ đào tạo:

[Khối Biến đổi Tín hiệu]
[Khối Đo lường Thông số Cơ bản]
[Khối Đo lường Năng lượng & Công suất]
[Khối Đại lượng Mở rộng & Tích hợp Hệ thống]
  • Bài 1 & Bài 2: Khối biến dòng điện (TI) và biến điện áp (TU): Khảo sát biến dòng (CT) với các tỷ số biến dòng $50/5\text{A}$, $100/5\text{A}$ đến $5000/5\text{A}$ và tín hiệu chuẩn $0\text{–}20\text{mA}$ dùng cho PLC/biến tần; phân tích cấu tạo lõi thép, cuộn dây sơ cấp/thứ cấp, biến dòng bảo vệ quá dòng (OC), chạm đất (EF), biến dòng thứ tự không (ZCT); khảo sát máy biến áp đo lường (VT/PT) với lõi thép ghép từ các lá thép kỹ thuật điện dày $0{,}3\text{–}0{,}5\text{mm}$, kết cấu dây quấn đồng tâm/xen kẽ, hệ thống bình giãn dầu, rơ le hơi và ống bảo hiểm đĩa thủy tinh.
  • Bài 3, Bài 4 & Bài 5: Khối đo lường điện áp, dòng điện và tần số: Khảo sát cơ cấu chỉ thị từ điện, điện từ, điện động; phương pháp mở rộng thang đo vôn mét bằng điện trở phụ nối tiếp ($R_p$) riêng biệt hoặc vạn năng; phương pháp chỉnh lưu bán kỳ (1 diode) và toàn kỳ (4 diode) đo AC; nguyên lý ampe kế mắc nối tiếp có nút chỉnh không; cấu tạo tần số kế điện tử tích lũy xung tín hiệu trong $1\text{s}$ hiển thị LED/LCD từ tần cực thấp đến siêu cao với độ chính xác 6–9 chữ số.
  • Bài 6 & Bài 10: Khối đo công suất tác dụng ($P$) và công suất phản kháng ($Q$): Cấu tạo oát kế điện động với cuộn dòng nối tiếp và cuộn áp song song; nguyên lý đo công suất phản kháng $Q = U I \sin\varphi$ (đơn vị VAR) phát sinh do sự tích lũy năng lượng trong thành phần cảm kháng và dung kháng.
  • Bài 7, Bài 8 & Bài 9: Khối đo điện năng 1 pha và 3 pha: Cấu tạo công tơ cảm ứng gồm cuộn áp (nhiều vòng, tiết diện nhỏ), cuộn dòng (ít vòng, tiết diện lớn), đĩa nhôm, nam châm vĩnh cửu tạo mômen cản và hộp số cơ khí. Công tơ 1 pha sử dụng sơ đồ 4 chốt (1-Vào pha, 2-Ra tải pha, 3-Vào trung tính, 4-Ra trung tính). Công tơ 3 pha trực tiếp 3 phần tử sử dụng 2 đĩa nhôm gắn chung trục. Công tơ 3 pha gián tiếp sử dụng sơ đồ 11 chân chia thành 4 nhóm tín hiệu: Pha A (chân 1, 3 dòng; chân 2 áp), Pha B (chân 4, 6 dòng; chân 5 áp), Pha C (chân 7, 9 dòng; chân 8 áp), và Pha trung tính N (chân 10, 11 nối chung) kết hợp cực tính biến dòng $k\text{–}l$, $K\text{–}L$.
  • Bài 11, Bài 12 & Bài 13: Đo hệ số công suất, đại lượng không điện và tủ phân phối: Khảo sát phương pháp đo $\cos\varphi$; nguyên lý đo các đại lượng không điện (vận tốc và gia tốc); quy trình tích hợp toàn bộ thiết bị đo lường vào sơ đồ nguyên lý mạch điện tủ phân phối tổng (tủ điện chính).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố và vận dụng các nguyên lý khoa học kỹ thuật nền tảng:

  • Hiện tượng cảm ứng điện từ: Ứng dụng trong máy biến dòng và máy biến điện áp; phân tích trạng thái làm việc hở mạch thứ cấp TI (sinh điện áp cực cao gây nguy hiểm, hiện tượng bão hòa từ, giải pháp biến dòng tuyến tính có khe hở không khí) và trạng thái ngắn mạch có tải phụ $Z_2$ (bội số dòng yêu cầu sai số dưới $10%$).
  • Mạch mở rộng thang đo thiết bị đo: Xây dựng công thức tính toán vôn kế DC: $$U = I_m (R_m + R_p)$$ $$Z_V = R_m + R_p$$ Trong đó $I_m$ là dòng điện qua cơ cấu, $R_m$ là điện trở nội cơ cấu, $R_p$ là điện trở phụ. Tính toán mạch chỉnh lưu vôn kế AC dùng diode ($D_1$ nắn dòng, $D_2$ bảo vệ phân cực ngược) và mạch cầu 4 diode: $$V_{AC} = (R_p + R_m) \cdot I_{cltb}$$
  • Mômen quay và cân bằng từ trường: Cơ chế tác động của hai luồng từ thông do cuộn dòng và cuộn áp tạo ra trên đĩa nhôm công tơ điện cảm ứng, cân bằng với mômen hãm của nam châm vĩnh cửu để làm quay hộp số đếm.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận dạng, kiểm tra thông mạch và điện trở cuộn dây bằng đồng hồ vạn năng (VOM); kỹ thuật tước vỏ cáp nguồn 3 pha bằng dao trổ; bấm đầu cốt (cosse/code) bằng kìm ép chuyên dụng nhằm tránh hiện tượng phát nhiệt, phóng điện (move) tại các điểm tiếp xúc; kỹ thuật đấu nối dây thứ cấp TI nối đất an toàn.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc, thuyết minh và chuyển đổi sơ đồ nguyên lý mạch đo lường; xác định đúng thứ tự pha, nhóm tín hiệu dòng/áp trên công tơ 11 chân; tính toán lựa chọn tỷ số biến đổi của TI phù hợp với phụ tải; tính toán giá trị điện trở phụ $R_p$ để mở rộng tầm đo của dụng cụ đo.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Lắp đặt, cố định vuông góc các khí cụ đo lường lên bảng điện/tủ điện; vận hành thử nghiệm, đọc chỉ số đo và tính toán công suất, điện năng thực tế; quy trình xử lý sự cố xông điện, ngắn mạch giữa các pha trong tủ điện tổng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định phương pháp tổ chức đào tạo theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành chuyên sâu (87 giờ thực hành trên tổng số 120 giờ):

Phân bổ thời lượng mô đun (Tổng cộng: 120 giờ):
  • Tiếp cận sư phạm: Áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực bao gồm diễn giảng, làm mẫu thao tác kỹ thuật, đặt câu hỏi vấn đáp và dạy học giải quyết vấn đề (problem-based learning). Giảng viên chuẩn bị giáo án tích hợp, phân chia ca nhóm thực hành tại Xưởng lắp đặt điện, thiết kế hệ thống phiếu học tập và phiếu hướng dẫn thực hành.
  • Hoạt động thực hành và bài tập: Thực hiện các bài toán kỹ thuật tính toán điện trở phụ $R_p$ cho vôn kế nhiều thang đo ($2{,}5\text{V}$, $10\text{V}$, $50\text{V}$ và $6\text{V}$, $30\text{V}$, $150\text{V}$); thao tác trực tiếp trên các module thiết bị: lắp đặt biến dòng, biến áp, đấu nối công tơ 1 pha, công tơ 3 pha trực tiếp/gián tiếp, lắp ráp tủ đo lường và phân phối tổng.
  • Cơ sở vật chất yêu cầu:
    • Phòng học chuyên môn hóa: Xưởng lắp đặt điện.
    • Thiết bị dạy học: Máy vi tính, máy chiếu, bảng vẽ, sơ đồ nguyên lý.
    • Dụng cụ và vật tư: Đồng hồ vạn năng VOM, bộ đồ nghề lắp đặt điện (kìm, tua vít, dao trổ, kìm bấm cos), công tơ điện, ampe kế, vôn kế, TI, TU, thiết bị đóng cắt bảo vệ (CB, aptomat 3 pha, cầu chì), dây dẫn điện.
  • Quy trình đánh giá kết quả học tập:
    • Kiểm tra thường xuyên (02 bài): Thực hiện bằng hình thức hỏi miệng vấn đáp hoặc kiểm tra viết/thực hành dưới 30 phút trong quá trình học.
    • Kiểm tra định kỳ (05 bài):
      1. Bài 1 (Lý thuyết, 45–60 phút): Nội dung Bài 1, 2, 3.
      2. Bài 2 (Lý thuyết, 45–60 phút): Nội dung Bài 4, 5, 6.
      3. Bài 3 (Thực hành, 60 phút): Nội dung Bài 7, 8, 9.
      4. Bài 4 (Thực hành, 60 phút): Nội dung Bài 10, 11, 12, 13.
      5. Bài 5 (Thực hành, 60 phút): Đánh giá kỹ năng tổng hợp Bài 10, 11, 12, 13.
    • Thi kết thúc mô đun: Thi thực hành tự luận thao tác trực tiếp, thời gian từ 60 đến 120 phút.
  • Hướng dẫn tự học đối với người học: Nghiên cứu trước nội dung giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp; hoàn thành đầy đủ các câu hỏi củng cố cuối mỗi bài; chủ động thảo luận nhóm và tuân thủ nghiêm ngặt nội quy an toàn điện tại xưởng.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính thực tiễn gắn liền với tiêu chuẩn công nghiệp: Giáo trình chuyển trọng tâm từ các mô hình thí nghiệm đo lường lý thuyết sang quy trình lắp đặt công nghiệp thực tế. Thiết kế bài học gắn liền với hệ thống đo đếm điện năng theo tiêu chuẩn ngành điện lực (EVN) và các tiêu chuẩn giám sát năng lượng trong các xí nghiệp, nhà máy.
  • Tích hợp các thiết bị và công nghệ hiện đại:
    • Đưa vào nội dung biến dòng bảo vệ kết hợp rơ le quá dòng (OC), chạm đất (EF) và biến dòng thứ tự không (ZCT).
    • Trình bày yêu cầu chuyển đổi tín hiệu đo lường dòng điện sang chuẩn công nghiệp $0\text{–}20\text{mA}$ để giao tiếp trực tiếp với bộ điều khiển lập trình PLC và biến tần.
    • Cập nhật tần số kế điện tử hiển thị LED/LCD sử dụng bộ định thời (timer) ổn định cao, đạt độ phân giải đếm từ 6 đến 9 chữ số.
  • Quy trình thi công chi tiết và an toàn lao động: Từng bài học đều cụ thể hóa quy trình lắp đặt qua các bước rõ ràng (Kiểm tra thiết bị $\rightarrow$ Cố định cơ khí $\rightarrow$ Đấu nối dây dẫn $\rightarrow$ Kiểm tra thông mạch/cách điện $\rightarrow$ Cấp nguồn thử nghiệm). Đặt ra các cảnh báo kỹ thuật bắt buộc: nối đất vỏ và cuộn thứ cấp biến dòng TI để phòng ngừa điện áp cảm ứng cao khi hở mạch, kỹ thuật bấm cosse chống phóng điện chập cháy tại các điểm đấu nối dòng tải lớn.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên/Người học: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Lắp đặt thiết bị điện. Giáo trình được giảng dạy ở giai đoạn chuyên môn nghề bắt buộc (học kỳ chuyên ngành sau khi hoàn tất khối kỹ thuật cơ sở).
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành và nắm vững kiến thức các học phần trước:
    • Kỹ thuật cơ sở: Mạch điện cơ bản (ELEI52033), An toàn điện (ELET5201), Mạch điện (ELEI53132), Vẽ điện chuyên ngành (ELEC52166), Vật liệu điện (ELET62064), Khí cụ điện (ELEI53117).
    • Chuyên môn nghề: Đo lường điện (ELEI53115), Trang bị điện 1 (ELET55157), Trang bị điện 2 (ELEI62158), Máy điện (ELEI56135).
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo: Sử dụng giáo trình làm tài liệu chuẩn để biên soạn giáo án lý thuyết, giáo án thực hành tích hợp; thiết kế phiếu kiểm tra đánh giá kỹ năng tay nghề và xây dựng đề thi kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên và người tự học: Tài liệu hỗ trợ công nhân kỹ thuật, kỹ thuật viên điện tại các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp trong việc tra cứu quy trình lắp đặt, kiểm tra sơ đồ đấu nối công tơ 3 pha, máy biến dòng, máy biến điện áp và lắp ráp tủ phân phối hạ thế.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được biên soạn phục vụ đối tượng nào?

Giáo trình phục vụ trực tiếp cho sinh viên đào tạo hệ Cao đẳng nghề Lắp đặt thiết bị điện tại Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo chuyên môn cho học sinh, sinh viên các trường đào tạo nghề kỹ thuật điện công nghiệp và dân dụng.

2. Cần hoàn thành những môn học nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học tiên quyết bao gồm: Đo lường điện (ELEI53115), Trang bị điện 1 (ELET55157), Trang bị điện 2 (ELEI62158), Máy điện cơ sở/Máy điện (ELEI56135), cùng các môn kỹ thuật cơ sở như An toàn điện và Khí cụ điện.

3. Điểm khác biệt giữa mô đun Lắp đặt thiết bị đo lường điện và môn Đo lường điện cơ bản là gì?

Môn Đo lường điện cơ bản (ELEI53115) tập trung vào lý thuyết nguyên lý và phương pháp đo kiểm đại lượng điện trong phòng thí nghiệm. Mô đun Lắp đặt thiết bị đo lường điện (ELEC54130) chú trọng kỹ năng thi công thực tế với 72,5% thời lượng thực hành: cố định thiết bị, bấm đầu cốt, đấu dây sơ đồ công tơ 1 pha, 3 pha gián tiếp qua TI, kiểm tra an toàn và hoàn thiện tủ đo lường phân phối tổng.

4. Quy trình đánh giá kết thúc mô đun được thực hiện như thế nào?

Kết quả học tập được đánh giá tổng hợp qua: 02 bài kiểm tra thường xuyên (vấn đáp/thực hành ngắn), 05 bài kiểm tra định kỳ (02 bài lý thuyết 45–60 phút và 03 bài thực hành 60 phút), cùng một bài thi kết thúc mô đun bằng hình thức thi thực hành tự luận có thời lượng từ 60 đến 120 phút tại xưởng.

5. Giáo trình trích dẫn và sử dụng các tài liệu tham khảo chính nào?

Giáo trình sử dụng 4 nguồn tài liệu tham khảo chính thống trong nước:

  1. Giáo trình đo lường điện và cảm biến đo lường – Nguyễn Văn Hoà, Bùi Đăng Thảnh (NXB Giáo dục, 2009).
  2. Giáo trình Đo lường các đại lượng điện và không điện – Nguyễn Văn Hoà, Vụ Trung học chuyên nghiệp – Dạy nghề (NXB Giáo dục, 2002).
  3. Giáo trình đo lường điện tử – Vũ Xuân Giáp (NXB Hà Nội, 2009).
  4. Đo điện thực hành – Bùi Văn Yên (NXB Hải Phòng, 2004).

Kết luận

Giáo trình mô đun Lắp đặt thiết bị đo lường điện (ELEC54130) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề mang tính thực nghiệm cao, kết hợp giữa cơ sở lý thuyết đo lường với kỹ năng thi công lắp đặt mạch điện công nghiệp. Lộ trình học tập 13 bài học dẫn dắt sinh viên từ việc nắm bắt nguyên lý, đấu nối các thiết bị đo lường và biến đổi riêng lẻ (TI, TU, V, A, Hz, Watt, VAr, công tơ) đến lắp đặt hoàn chỉnh hệ thống tủ đo lường và phân phối tổng. Kết hợp cùng danh mục tài liệu tham khảo chuẩn mực của Nhà xuất bản Giáo dục, Nhà xuất bản Hà Nội và Nhà xuất bản Hải Phòng, giáo trình cung cấp đầy đủ các chuẩn kiến thức và kỹ năng cần thiết cho việc vận hành, thi công mạng lưới đo lường điện hạ thế.