CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN Giới thiệu: Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện dân dụng và công nghiệp. Tùy theo loại mà dùng với nhiều mục đích khác nhau với nhiều công dụng khác nhau. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Trình bày được khái niệm về khí cụ điện; - Phân loại được các loại khí cụ điện thường được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện. - Giải thích được các hiện tượng của khí cụ điện trong quá trình làm việc.
Khái niệm về khí cụ điện: 1. Khái niệm về khí cụ điện: Khí cụ điện (KCĐ) là những thiết bị dùng để đóng ngắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong các trường hợp sự cố. Khí cụ điện có nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích thước khác nhau, được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Công dụng của khí cụ điện: Khí cụ dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp và dòng điện dùng để dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đổi, dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện, dùng để đo lường.
Phân loại khí cụ điện: Khí cụ điện thường được phân loại theo chức năng, theo nguyên lý và môi trường làm việc, theo điện áp. Theo chức năng KCĐ được chia thành những nhóm chính như sau: - Nhóm khí cụ đóng cắt: Chức năng chính của nhóm KC này là đóng cắt bằng tay hoặc tự động các mạch điện. Thuộc về nhóm này có: Cầu dao, áptômát, máy cắt, dao cách ly, các bộ chuyển đổi nguồn… - Nhóm KC hạn chế dòng điện, điện áp: Chức năng của nhóm này là hạn chế dòng điện, điện áp trong mạch không quá cao. Thuộc về nhóm này gồm có: Kháng điện, van chống sét… - Nhóm KC khởi động, điều khiển: Nhóm này gồm các bộ khởi động, khống chế, công tắc tơ, khởi động từ… - Nhóm KC kiểm tra theo dõi: Nhóm này có chức năng kiểm tra, theo dõi sự làm việc của các đối tượng và biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện.
Thuộc nhóm này: Các rơle, các bộ cảm biến… 5 - Nhóm KC tự động Đ/C, khống chế duy trì chế độ làm việc, các tham số của đối tượng các bộ ổn định điện áp, ổn định tốc độ, ổn định nhiệt độ… - Nhóm KC biến đổi dòng điện, điện áp cho các dụng cụ đo: Các máy biến áp đo lường, biến dòng đo lường… b. Theo nguyên lý làm việc KCĐ được chia thành: - KCĐ làm việc theo nguyên lý điện từ - KCĐ làm việc theo nguyên lý cảm ứng nhiệt. - KCĐ có tiếp điểm. - KCĐ không có tiếp điểm.
Theo nguồn điện KCĐ được chia thành: - KCĐ một chiều. - KCĐ xoay chiều. Theo điều kiện môi trường, điều kiện bảo vệ KCĐ được chia thành: - KCĐ làm việc trong nhà, KCĐ làm việc ngoài trời. - KCĐ làm việc trong môi trường dễ cháy, dễ nổ.
- KCĐ có vỏ kín, vỏ hở, vỏ bảo vệ… II. Sự phát nóng của khí cụ điện: - Ở trạng thái làm việc, trong các bộ phận của thiết bị điện nói chung và của khí cụ điện nói riêng đều có tổn hao năng lượng và biến thành nhiệt năng. Một phần nhiệt năng này làm tăng nhiệt độ của khí cụ và một phần tỏa ra môi trường xung quanh. Ở trạng thái xác lập nhiệt, nhiệt độ của khí cụ không tăng nữa mà ổn định ở một giá trị nào đó, toàn bộ tổn hao cân bằng với nhiệt năng tỏa ra môi trường xung quanh.
Nếu không có sự cân bằng này nhiệt độ của khí cụ sẽ tăng cao làm cho cách điện bị già hoá và độ bền cơ khí của các chi tiết bị suy giảm và tuổi thọ của khí cụ giảm đi nhanh chóng. Độ tăng nhiệt độ của khí cụ được tính bằng: τ = θ - θ0 (3-1) Với: τ là độ tăng nhiệt độ (hay độ chênh nhiệt độ). θ là nhiệt độ của khí cụ. θ0 là nhiệt độ của môi trường.
Tiếp xúc điện - Hồ quang: 1. Tiếp xúc điện: Khái niệm: -Tiếp xúc điện là nơi mà dòng điện đi từ vật dẫn được gọi là tiếp xúc điện. 6 Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện -Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo. -Mối nối tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao.
Để đảm các yêu cầu trên, vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu : - Điện dẫn và nhiệt dẫn cao - Độ bền chống rỉ trong không khí và trong các khí khác. - Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao. - Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy ) - Đơn giản gia công, giá thành hạ. - Một số vật liệu làm tiếp điểm đồng, nhôm hợp kim của đồng … Phân loại tiếp xúc điện: Dựa vào kết cấu tiếp điểm, có các loại tiếp xúc điện sau: - Tiếp xúc cố định: các tiếp điểm được nối cố định với các chi tiết nối dòng điện như thanh cái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch.
trong quá trình sử dụng cả hai tiếp điểm được gắn chặt vào nhau nhờ các bulong, hàn nóng hoặc hàn nguội - Tiếp xúc đóng mở: Là tiếp xúc để đóng ngắt mạch điện, trong trường hợp này phát sinh hồ quang điện, cần xác định khoảng cách giữa tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động dựa vào dòng điện định mức, điện áp định mức và chế độ làm việc của khí cụ điện. - Tiếp xúc trượt: Là tiếp xúc ở cổ góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ phát sinh ra hồ quang điện. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc: -Vật liệu làm tiếp điểm. -Kim loại làm tiếp điểm không bị oxy hóa.
-Lực ép tiếp điểm càng lớn thì sẽ tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc. -Nhiệt độ tiếp điểm càng cao thì điện trở tiếp xúc càng lớn. -Diện tích tiếp xúc. -Thông thường dùng hợp kim làm tiếp điểm.
Hồ quang điện: - Khái niệm : Trong các khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện cầu dao, công tắc tơ, rơle khi chuyển mạch sẽ phát sinh phóng điện. Nếu dòng điện ngắt dưới 0.1A và điện áp tại các tiếp điểm khoảng 250V– 300V thì các tiếp điểm sẽ phóng ra điện áp âm ỉ. Trường hợp dòng điện và điện áp cao hơn trị số trong bảng sau sẽ phát sinh hồ quang điện .03 Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang: Phóng điện hồ quang chỉ xảy ra các dòng điện có trị số lớn. Nhiệt độ trung tâm hồ quang rất lớn và trong các khí cụ có thể đến 6000- 8000 0 K mật độ dòng điện tại catốt lớn ( 104 – 105 ) A/cm2.
- Quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện: Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách giữa chúng nhỏ trong khi điện áp đặt có trị số nhất định. Vì vậy trong khoảng không gian này sẽ sinh ra điện trường có cường độ rất lớn ( 3. Có thể làm bật điện tử catốt gọi là phát xạ tự động điện tử (gọi là phát xạ nguội điện tử) số điện tử càng nhiều, chuyển động dưới tác dụng của điện trường làm ion hóa không khí gây hồ quang điện. - Quá trình dập tắt hồ quang : Điều kiện dập tắt hồ quang là quá trình ngược lại với quá trình phát sinh hồ quang.
Hạ nhiệt độ hồ quang bằng cách dùng hơi khí hoặc dầu làm nguội. Chia cắt hồ quang Kéo dài hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ bằng cách dùng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ và thổi dập tắt. Câu hỏi ôn tập: 1. Hãy trình bày công dụng của khí cụ điện? 2.
Hãy cho biết tiếp xúc điện là gì? Hồ quang điện là gì? 8 CHƯƠNG 2 - KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT Giới thiệu: Bài này giúp sinh viên nhận biết được công dụng, cách phân loại, ký hiệu của một số loại khí cụ điện điều khiển bằng tay thông dụng như: cầu dao, công tắc, nút nhấn. Đồng thời hình thành thái độ yêu nghề, sự tỉ mỉ của sinh viên. Mục tiêu: sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Nêu được công dụng của các loại khí cụ điện dùng để đóng cắt trong hệ thống điện. - Phân loại được các loại khí cụ dùng để đóng cắt.
- Trình bày được cấu tạo của các loại khí cụ dùng để đóng cắt trong hệ thống điện. - Nhận dạng được các loại khí cụ điện dùng để đóng cắt. Cấu tạo và phân loại: a. Cấu tạo: 6 2 3 Cầu dao gồm có các phần tiếp 5 điểm động, tiếp điểm tĩnh, tay nắm 4 cách điện, đế cách điện và vỏ bảo vệ.
Phân loại: Phân loại cầu dao dựa vào các yếu tố sau: - Theo kết cấu: cầu dao được chia làm loại một cực, hai cực, ba cực 1-tiếp điểm động; 2-tiếp điểm hoặc bốn cực. tĩnh; 3-lưỡi dao phụ; 4-lò xo; 5- - Cầu dao có tay nắm ở giữa tay cầm (vật liệu cách điện); 6- đế cách điện hoặc tay ở bên. Ngoài ra còn có cầu dao một ngả, hai ngả được dùng để đảo nguồn cung cấp cho mạch và đảo chiều quay động cơ. - Theo điện áp định mức : 250V, 500V.
- Theo dòng điện định mức: dòng điện định mức của cầu dao được cho trước bởi nhà sản xuất (thường là các lọai 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 75A, 100A, 150A, 200A, 350A, 600A, 1000A…). - Theo vật liệu cách điện: có loại đế sứ, đế nhựa, đế đá. 9 - Theo điều kiện bảo vệ: loại có nắp và không có nắp (loại không có nắp được đặt trong hộp hay tủ điều khiển). - Theo yêu cầu sử dụng: loại cầu dao có cầu chì bảo vệ ngắn mạch hoặc không có cầu chì bảo vệ.
Nguyên lý hoạt động: Caàu dao laø loaïi khí cuï ñoùng ngaét tröïc tieáp baèng tay ñôn giaûn, khoâng thöôøng xuyeân caùc maïch ñieän coù nguoàn ñieän aùp cung caáp ñeán 440V ñieän moät chieàu vaø 660V ñieän xoay chieàu. Ña soá ñöôïc duøng ñeå ñoùng ngaét maïch ñieän coù coâng suaát nhoû. Vôùi caùc maïch trung bình vaø lôùn chuùng chæ ñoùng ngaét khi khoâng taûi. Tính chọn cầu dao: Choïn caàu dao theo doøng ñieän ñònh möùc vaø ñieän aùp ñònh möùc: Goïi IBBttBB laø doøng ñieän tính toaùn cuûa maïch ñieän.
UBBnguoànBB laø ñieän aùp nguoàn cuûa löôùi ñieän söû duïng. Iñmcaàu dao Itt Uñmcaàu dao Unguoàn 10 4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng: Cầu dao hư hỏng thường là do cũ không tiếp xúc, dẫn điện kém. Các lớp vỏ bảo vệ bị hỏng dễ gây ra tai nạn điện khi vô tình chạm phải.
Một số ít nguyên nhân là do dòng điện trong mạch lớn gây quá tải cho cầu dao.