BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
3
A
B
C
GV: Nguyễn Trường Tuấn 1
1.1 Các trạng thái làm việc không bình thường của khí cụ điện. 1.1.1 Trạng thái làm việc bình thường: Khi thiết bị điện làm việc ở trạng thái bình thường thì các thông số kỹ thuật vận hành như: dòng điện, điện áp, công suất .. đều đạt giá trị định mức hoặc trong giới hạn cho phép, vì vậy thiết bị điện vận hành được lâu dài, nhiệt độ không vượt quá giới hạn cho phép, cách điện và tuổi thọ của thiết bị điện được đảm bảo. Nếu một trong các thông số kỹ thuật trên, vận hành vượt quá hoặc giảm quá thấp so với giá trị định mức ghi trên nhãn thiết bị điện thì xem như nó đã chuyển sang trạng thái làm việc không bình thường, có thể dẫn tới làm giảm tuổi thọ hoặc hư hỏng thiết bị điện. 1.1.2 Các trạng thái làm việc không bình thường của khí cụ điện: a. Quá tải: Là trạng thái dòng điện chạy qua thiết bị điện lớn hơn giá trị định mức của nó: (Iđm < Ivh < INmin ) nhưng vẫn nhỏ hơn dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất, làm cho nhiệt độ của thiết bị điện vượt quá chỉ số cho phép, dẫn tới cách điện của thiết bị điện mau chóng bị già hoá do nhiệt, nếu thiết bị điện vận hành trong trạng thái quá tải thì tuổi thọ của nó giảm rất nhanh, nguy cơ xảy ra ngắn mạch tăng. b. Quá điện áp: Uvh > Uđm Là trường hợp điện áp đặt vào thiết bị điện lớn hơn giá trị định mức của nó bao gồm : - Quá điện áp thiên nhiên (quá điện áp cảm ứng) do sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện hoặc do sét cảm ứng trên đường dây, lan truyền vào thiết bị điện. - Quá điện áp nội bộ (quá điên áp thao tác) do việc đóng cắt mạng điện sai quy trình, quy phạm, hoặc điều chỉnh sai lệch trị số trong vận hành, hoặc do đứt dây trong mạng điện 3 pha 4 dây, do chạm đất 1 pha trong mạng 3 pha 3 dây hoặc do hồ quang điện chập chờn. Khi bị quá điện áp thì điện trường có thể vượt quá giới hạn điện trường ion hoá E > Ei gây ra hiện tượng đánh thủng cách điện, làm hư hỏng thiết bị điện. Trong trường hợp quá điện áp không đủ lớn thường gây ra quá tải. c. Kém áp : Uvh < Uđm -Trường hợp điện áp đặt vào thiết bị điện giảm quá thấp so với điện áp định mức của nó thì sẽ gây ra quá tải hoặc có thể gây ra ngắn mạch làm hư hỏng thiết bị điện. 1.1.3. Sự cố trong hệ thống điện: a. Sự cố do ngắn mạch: Định nghĩa: Ngắn mạch là vật dẫn có điện thế khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau hoặc bị nối tắt qua một vật dẫn khác có điện trở kháng rất nhỏ so với tổng trở toàn mạch. Ngắn mạch được chia ra: - Ngắn mạch 3 pha (ngắn mạch đối xứng) ký hiệu N3. Đó là trường hợp 3 pha bị nối tắt: Nếu xét ở cùng một điểm xảy ra ngắn mạch, thì thường dạng ngắn mạch này có dòng điện lớn nhất.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
2
A
B
- Ngắn mạch hai pha ký hiệu N2 là trường hợp 2 pha A và B hoặc B và C hoặc A và C bị nốitắt.
1
A
1-1
A
B
- Ngắn mạch một pha nối đất ký hiệu N1 là dạng ngắn mạch một pha nối tắt với đất, trong mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất
1
I
K
U
tx
U 2
U1
- Ngắn mạch 2 pha nối đất N1-1: b.Sự cố cơ học trong hệ thống điện: Do các nguyên nhân khách quan hoặc chủ quan gây ra bao gồm : - Hư hỏng phần cơ máy phát điện: bó biên, lột biên, vượt tốc... - Hư hỏng đường dây: vỡ sứ, đứt dây, đổ cột, gãy xà... - Hư hỏng bộ truyền động thiết bị đóng cắt điện, máy biến áp bị chảy dầu .. Tất cả các loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện đều phải tạm ngừng cung cấp điện để sữa chữa. 1.2 Hồ quang điện: 1.2.1 Khái niệm : Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí, chất lỏng hoặc hơi có mật độ dòng điện rất lớn đạt tới hàng chục ngàn A/cm2, làm phát sinh nhiệt độ ở vùng thân hồ quang rất cao từ (3000 ÷ 10000)0C. 1.2.2 Quá trình hình thành hồ quang : Xét mạch điện đơn giản như hình vẽ: gồm điện áp nguồn U1 xem là không đổi, U2 = I Zt là điện áp hai đầu phụ tải Utx = I. Rtx là điện áp tiếp xúc trên bề mặt tiếp điểm động và tĩnh của công tắc K 2
GV: Nguyễn Trường Tuấn 2
Khi K ở vị trí 1 nếu bỏ qua trở kháng đường dây thì U1= Utx + U2. Khi đóng tại chỗ tiếp xúc xem như một dây dẫn nên Rtx bé (Utx = I.Rtx ≈ 0). Vì vậy U1≈ U2.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 3
Khi cắt điện qua công tắc K tiếp xúc động bắt đầu rời khỏi tiếp xúc tĩnh làm cho diện tích tiếp xúc Stx giảm dẫn đến mật độ dòng điện tăng nhanh và Rtx cũng tăng cao. Điều này khiến Utx tăng do U1 không đổi nên U2 giảm. Lúc này khoảng hở không khí giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh rất nhỏ (d<<) vì vậy cường độ điện trường E rất lớn (E = U/d) có thể đạt tới 107 v/cm. Sự kết hợp các điều kiện trên làm cho không khí giữa hai đầu tiếp xúc bị ion hoá rất mạnh và nó trở nên dẫn điện gây ra phóng điện giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh ta gọi đó là hồ quang điện. Nếu dòng điện tải lớn lúc mới bắt đầu mở tiếp điểm nhiệt độ tiếp xúc tăng đến mức làm nóng chảy lớp kim loại trên bề mặt tiếp xúc tạo thành giọt kim loại lỏng. Khi các tiếp điểm rời xa nhau giọt kim loại cũng được kéo căng ra trở thành một cầu chất lỏng nối liền tiếp xúc động và tĩnh. Nhiệt độ cầu chất lỏng tiếp tục tăng và bốc hơi trong không gian giữa hai tiếp điểm sẽ xuất hiện hồ quang điện. Vì quá trình phát nóng của cầu rất nhanh nên sự bốc hơi mang tính chất nổ. Kết luận: Bản chất hồ quang điện chính là quá trình ion hoá lớp điện môi giữa hai đầu điện cực gây ra hiện tượng phóng điện khi cường độ điện trường ở đó đạt tới giới hạn điện trường ion hoá Ei. Điện áo càng cao hay dòng điện chạy qua càng lớn thì hồ quang điện phát sinh càng mãnh liệt. 1.2.3 Tác hại của hồ quang điện: Ngoài lợi ích hồ quang điện dùng để cắt kim loại, làm nóng chảy kim loại, hàn điện… thì tác hại của hồ quang điện gây ra trong khí cụ điện cũng không nhỏ. - Hồ quang điện phát sinh nhiệt độ cao làm cho các tiếp điểm trong khí cụ điện thường bị cháy, bị rỗ, làm tăng Rtx của tiếp điểm. - Hồ quang điện có thể phát sinh đan chéo giữa các pha gây ra ngắn mạch nhiều pha. - Nếu xảy ra hồ quang điện chập chờn sẽ gây ra hiện tượng quá điện áp nội bộ làm hỏng cách điện của thiết bị điện, hoặc cách điện của đường dây tải điện. - Hồ quang điện có thể gây ra cháy, nổ nếu nó phát sinh ở những nơi có vật liệu dễ cháy nổ. - Hồ quang điện có thể gây ra bỏng hoặc tử vong cho người. 1.3 Các biện pháp dập tắt hồ quang: Tác dụng nhiệt của hồ quang điện làm hư hỏng các đầu tiếp xúc trong khí cụ điện đóng cắt mạch điện. Vì vậy khi hồ quang điện phát sinh cần phải được dập tắt càng nhanh càng tốt. Các phương pháp dập tắt hồ quang thường sử dụng là: 1.3.1 Phương pháp tăng nhanh khoảng cách: Hồ quang bị kéo dài thì điện áp duy trì cần phải cao. Nếu điện áp giữa 2 đầu tiếp xúc nhỏ hơn điện áp duy trì thì hồ quang sẽ bị dập tắt. Do đó khi thao tác đóng cắt mạch điện, phải thực hiện nhanh và dứt khoát. E = U/d nếu tăng nhanh khoảng cách d thì E giảm nhanh khi E < Ei thì hồ quang bị dập tắt. 1.3.2 Phương pháp chia nhỏ hồ quang: Đặt giữa 2 đầu tiếp xúc động và tĩnh một buồng dập hồ quang trong buồng có tấm kim loại chịu nhiệt đặt song song với nhau tạo thành cách tử chia nhỏ hồ quang như hình vẽ:
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
I
I
GV: Nguyễn Trường Tuấn 4
Khi hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh, do áp lực của không khí hoặc dầu cách điện bị giãn nở và do lực điện từ sẽ đẩy tia hồ quang vào sâu trong khe hở của các cách tử, vì vậy hồ quang bị chia nhỏ, nhanh chóng bị làm nguội và dập tắt. Phương pháp này thường được ứng dụng để dập tắt hồ quang trong các loại aptomat, dao phụ tải, máy cắt dầu .. 1.3.3 Phương pháp thổi bằng từ trường: Đặt cuộn dây thổi từ cạnh khe hở giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh như hình vẽ : Dòng điện chạy qua cuộn dây thổi từ nối tiếp với tiếp xúc tĩnh. Từ trường cuộn dây sinh ra như hình vẽ. Khi tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh hồ quang phát sinh bắt cầu giữa 2 đầu tiếp xúc, lực điện từ do cuộn dây thổi từ sinh ra sẽ đẩy tia hồ quang kéo dài lên phía trên, bị làm nguội và dập tắt. Khi dòng điện đổi chiều thì từ trường cuộn dây cũng đổi chiều, do đó lực điện từ F có phương chiều không thay đổi. Phương pháp này thường được sử dụng để dập tắt hồ quang trong máy cắt điện hoặc dao phụ tải. 1.3.4 Phương pháp dập hồ quang bằng thổi sinh khí : Vật liệu sinh khí thường ở thể rắn, khi bị nhiệt phân do hồ quang nhiệt độ cao, sẽ chuyển sang thể hơi (thăng hoa) làm cho áp suất ở vùng phát sinh hồ quang tăng lên rất lớn, có thể đạt tới hàng chục at thổi dập tắt hồ quang. Phương pháp này được ứng dụng để dập tắt hồ quang trong chống sét ống, cầu chì tự rơi.. 1.4 Tiếp xúc điện 1.4.1 Khái niệm : Tiếp xúc điện là chỗ tiếp xúc của hai hay nhiều vật dẫn, để truyền dẫn dòng điện đi từ vật này sang vật khác. Bề mặt tiếp xúc giữa các vật dẫn được gọi là bề mặt tiếp xúc điện. Tiếp xúc điện là phần rất quan trọng của khí cụ điện, trong quá trình đóng cắt mạch điện, chỗ tiếp xúc của tiếp điểm đóng cắt bị phát nóng cao, bị mài mòn do va đập và ma sát, đặt biệt là sự huỷ hoại của hồ quang điện. 1.4.2 Phân loại tiếp xúc điện: được chia ra làm 3 loại chính sau : Tiếp xúc cố định: Khi hai vật dẫn tiếp xúc không rời nhau bằng bu lông hoặc đinh tán. Ví dụ: Tiếp xúc của kẹp nối dây, tiếp xúc giữa dây dẫn và cốt bắt dây ở sứ xuyên... Tiếp xúc đóng mở: Đó là tiếp xúc giữa tiếp điểm động và tĩnh của các loại khí
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 5
cụ điện đóng cắt mạch điện. Ví dụ: Tiếp xúc của tiếp điểm cầu dao, công tắc, aptomat, máy cắt... Tiếp xúc trượt: Đó là dạng tiếp xúc vật dẫn này trượt trên vật dẫn kia. Ví dụ: Chổi than trợt trên cổ góp của máy phát điện hoặc động cơ. * Nếu xét về bề mặt tiếp xúc thì có các dạng sau: - Tiếp xúc điểm: Là hình thức các vật dẫn tiếp xúc nhau ở diện tích rất nhỏ đợc xem là một điểm. Ví dụ: Tiếp xúc giữa mặt cầu với mặt cầu, tiếp xúc giữa mặt cầu với mặt phẳng trong một số loại Rơle điện từ. - Tiếp xúc đường: Là hình thức các vật dẫn tiếp xúc nhau trên đường thẳng hoặc đường cong. - Tiếp xúc mặt: là hình thức các vật dẫn tiếp xúc nhau trên nhiều điểm của mặt phẳng hoặc mặt cong. Ví dụ: Tiếp xúc giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh của máy cắt, cầu dao, áptomát... * Một số dạng của tiếp xúc đóng mở thường gặp a. Tiếp điểm kiểu ngón. b. Tiếp điểm kiểu bắt cầu.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
s lv
GV: Nguyễn Trường Tuấn 6
c.Tiếp điểm kiểu cắm d. Tiếp điểm kiểu lưỡi. 1.4.3 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với tiếp xúc điện: - Thực hiện tiếp xúc phải đảm bảo chắc chắn, sức bền cơ khí phải cao. - Không được phát nóng quá nhiệt độ cho phép khi dòng điện định mức chạy qua. - Phải ổn định nhiệt và ổn định động khi có dòng điện ngắn mạch cực đại chạy qua. 1.5 Mạch từ 1.5.1 Khái niệm: Mạch từ là một trong những phần chủ yếu của các máy điện, thiết bị và khí cụ điện.Phần rất lớn của mạch từ làm bằng vật liệu sắt từ nó có thể là một mạch không phân nhánh( mạch từ man hê tô) hoặc mạch phân nhánh( mạch từ các máy điện quay). 1.5.2 cấu tạo mạch từ: Nơi đặt cuộn dây gọi là lõi mạch từ. Phần thân và gông từ. Nắp mạch từ. Khe hở không khí phụ δp và khe hở không khí chính δc. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây thì sẽ có một từ thông chạy trong mạch từ. Từ thông chính Từ thông tản là từ thông đi ra ngoài khe hở không khí chính. Từ thông rò R .
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
Tõ th«ng rß
Tõ th«ng t¶n
Lâi
Cuén d©y
3
2
1
N
2
I
S
N
S
GV: Nguyễn Trường Tuấn 7
1.6 Nam châm điện: 1.6.1 Cấu tạo: Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của khí cụ điện dùng để biến đổi điện năng ra cơ năng trong khí cụ điên. Nam châm điện gồm có hai bộ phận cơ bản đó là: + Cuộn dây phần điện. + Mạch từ (lõi thép) Và hai bộ phần này được gọi chung là cơ cấu điện từ. - Lọai có nắp chuyển động: Gồm các phần chính là cuộn dây 1, lõi sắt từ 2 và nắp đậy 3 - Loại không có nắp: Loại này gồm cuộn dây 2 và lõi sắt từ 1. đối với loại này vật liệu sắt thép bị hút được xem như là nắp.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
U
GV: Nguyễn Trường Tuấn 8
1.6.2 Phân loại: - Theo tính chất dòng điện: Có loại 1 chiều và loại xoay chiều. Trị số dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào điện kháng cuộn dây và tỉ lệ với khe hở không khí . - Theo hình dáng: + Loại hút chậm hay hút quay, nắp quay quanh một trục. + Loại hút thẳng: nắp hút thẳng về phía lõi. + Loại hút ống ( hay gọi là loại pittông). - Theo cách đấu cuộn dây: + Đấu nối tiếp: Phụ tải được mắc nối tiếp với cuộn dây còn gọi là cuộn dây dòng điện. + Đấu song song: Dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào tham số của cơ cấu điện từ và điện áp nguồn điện còn gọi là cuộn dây điện áp. Chương 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT ĐIỆN ÁP THẤP 2.1 Cầu dao. Ký hiệu cầu dao 1 pha, 3 pha không có cầu chì và có cầu chì
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
- Cầu dao một pha, cầu dao ba pha. - Cầu dao một chiều, cầu dao hai chiều - Cầu dao có cầu chì, cầu dao không có cầu chì. - Cầu dao có lưỡi dao phụ và cầu dao không có lưỡi dao phụ.
- Thân cầu chì được chế tạo từ gốm sứ hoặc nhựa tổng hợp có thể có nắp
- Ốc, đinh vít bắt dây chảy còn được gọi là cốt bắt dây được chế tạo từ kim
- Dây chảy cầu chì được chế tạo từ hợp kim chì hoặc đồng và còn được chia
GV: Nguyễn Trường Tuấn 9
2.1.1 Công dụng: Cầu dao là một loại khí cụ điện hạ áp được sử dụng để đóng cắt hoặc đổi nối sơ đồ kết dây của mạch điện thao tác trực tiếp bằng tay. 2.1.2 Phân loại: 2.1.3 Cấu tạo một số loại cầu dao thường gặp: Cấu tạo chính của cầu dao gồm : Tiếp xúc động và tiễp xúc tĩnh, cốt bắt dây từ nguồn vào cầu dao và từ cầu dao ra tải, tiếp xúc động thường là lưỡi dao, ngoài ra cầu dao còn có tay đóng cắt bằng vật liệu cách điện là gỗ, sứ, nhựa... để đảm bảo an toàn cho người thao tác, cầu dao còn được bao bọc bằng võ nhựa cách điện. Cầu dao sử dụng trong mạch điện hạ áp thường lắp kèm theo cầu chì để bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch. Ưu điểm cầu dao là đơn giản, dễ lắp đặt và dễ thao tác, dễ kiểm tra và sữa chữa, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi. 2.2 Cầu chì Ký hiệu trong sơ đồ mạch điện 2.2.1 Công dụng: Cầu chì là một loại khí cụ điện được sử dụng để bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch cho thiết bị và lưới điện. 2.2.2 Nguyên tắc tác động cắt mạch: Cầu chì tác động theo nguyên tắc dựa vào hiệu ứng nhiệt của dòng điện. Khi thiết bị điện hoặc mạng điện phía sau cầu chì bị ngắn mạch hoặc quá tải lớn, dòng điện chạy qua dây chảy cầu chì sẽ lớn hơn dòng điện định mức làm cho dây chảy bị đốt nóng chảy, do đó dây chảy bị đứt, cho nên phần lưới điện bị ngắn mạch được tách ra khỏi hệ thống. 2.2.3 Cấu tạo: Cấu tạo cầu chì gồm các bộ phận chính như sau : hoặc không có nắp. loại dẫn điện như đồng, bạc, nhôm ... ra dây chảy nhanh, dây chảy chậm . 2.2.4 Yêu cầu kỹ thuật của cầu chì: + Cầu chì phải được lắp đặt nối tiếp ở dây pha, không lắp đặt ở dây trung tính. + Đặctính A-s của dây chảy cầu chì phải thấp hơn đặc tính A-s của đối tượng được lắp đặt cầu chì được bảo vệ và phải ổn định. + Khi lắp đặt cầu chì bảo vệ phải bảo đảm tính chọn lọc theo thứ tự từ tải về nguồn tức là phần tử nào bị sự cố ngắn mạch hoặc quá tải lớn thì cầu chì bảo vệ nó phải tác động.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
1. Tiếp xúc tĩnh 2. Tiếp xúc động 3. Gối hướng dẫn
GV: Nguyễn Trường Tuấn 10
+ Cầu chì làm việc bảo đảm tin cậy tức là khi phần tử được cầu chì bảo vệ bị quá tải lớn hoặc ngắn mạch, thì cầu chì phải tác động cắt phần tử bị quá tải hoặc ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện. Không được từ chối tác động. + Khi cần thay thế sữa chữa cầu chì phải đảm bảo an toàn tiện lợi. 2.2.5 Phân loại cầu chì: 1. Cầu chì hộp . 2. Cầu chì cá. 3. Cầu chì kiểu nắp vặn. 4. Cầu chì kiểu ống sứ. 2.3 Khái niệm chung về aptomat 2.3.1 Công dụng: Áptomát là một loại khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ chính trong mạch điện hạ áp. Nó được sử dụng để đóng cắt từ xa và tự động cắt mạch khi thiết bị điện hoặc đường dây phía sau nó bị ngắn mạch hoặc quá tải, quá áp, kém áp, chạm đất ... 2.3.2 Phân loại : + Áptomát bảo vệ quá dòng (ngắn mạch hoặc quá tải) + Áptomát bảo vệ quá điện áp. + Áptomát bảo vệ kém áp. + Áptomát bảo vệ chống giật (Aptomát vi sai) + Áptomát bảo vệ vạn năng 2.4 Các bộ phận chính aptomat bảo vệ quá dòng điện 2.4.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo một pha: Khi aptomát đang ở vị tri đóng, tiếp xúc động 2 đóng chặt lên tiếp xúc tĩnh 1, dòng điện từ nguồn chạy qua tiếp xúc tĩnh , qua tiếp xúc động, qua Rơle dòng điện 10, qua Rơle nhiệt 7, đi về tải. ở chế độ làm việc bình thường thì lực điện từ Rơle dòng điện sinh ra nhỏ hơn lực căng lò xo 8 nên áptomát luôn giữ ở trạng thái đóng.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
4. 6. Thanh truyền động 5. Móc hãm 7. Rơle nhiệt 8, 13 Lò xo kéo 9. Gối đỡ 10. Rơle dòng điện 11. Chốt quay 12. Tay thao tác đóng cắt 14. Cách tử dập hồ quang
a.Cấu tạo:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 11
Nếu đường dây hoặc thiết bị điện sau áptomát bị ngắn mạch thì dòng điện chạy qua áptomát sẽ lớn hơn rất nhiều so với dòng điện định mức. Vì vậy dòng điện ở rơle 10 sinh ra sẽ lớn hơn lực căng lò xo 8, cho nên thanh truyền động 6 bị lực điện từ kéo tụt xuống làm cho móc hãm 5 mở ra, khi đó lò xo 13 sẽ kéo thanh truyền động 4 sang trái đưa tiếp xúc động 2 rời khỏi tiếp xúc tĩnh 1, mạch điện được cắt, hồ quang điện phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh được cách tử 14 dập tắt. Sau khi kiểm tra khắc phục xong sự cố ngắn mạch ta đóng lại áptomát qua tay thao tác đóng cắt 12. Trường hợp đường dây hoặc thiết bị điện sau khi áptomát bị quá tải sau thời gian t (khoảng 1-2 phút) rơle nhiệt sẽ tác động lên thanh truyền 6 làm cho móc hãm 5 mở ra. Khi đó lò xo 13 sẽ kéo thanh truyền động 4 sang trái đa tiếp xúc động rười khỏi tiếp xúc tĩnh, nên mạch điện được cắt ra. Muốn đóng, cắt mạch thì tác động vào tay thao tác 12 (đẩy lên đóng, đẩy xuống cắt như hình vẽ). 2.5 Aptomat bảo vệ kém áp và mất điện 2.5.1 Nhiệm vụ: Đóng, cắt và tự động bảo vệ kém áp cho mạch điện hạ áp. 2.5.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc:
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
1. Lò xo kéo 2. Gối đỡ trượt 3. Cách tử dập hồ quang 4. Lõi thép non 5. Rơle điện áp 6. Tiếp xúc tĩnh 7. Tiếp xúc động 8. Thanh truyền dộng 9. Chốt quay 10. Tay thao tác đóng cắt
GV: Nguyễn Trường Tuấn 12
b. Nguyên lý: Nếu áptomát đang ở vị trí đóng nh hình vẽ: tiếp xúc động 7 đóng chặt lên tiếp xúc tĩnh 6, mạch điện nối liền, tải có điện. ở trạng thái làm việc bình thường Uvh = Uđm thì lực điện từ của rơle điện áp sinh ra lớn hơn lực kéo của lò xo 1 cho nên áptomát được giữ ở vị trí đóng. Khi mạch điện bị kém áp Uvh < Uđm (khoảng 0,8 Uđm) thì lực điện từ rơle điện áp sinh ra nhỏ hơn lực kéo của lò xo 1. Khi đó lò xo 1 sẽ kéo thanh truyền động 8 sang trái, tiếp xúc động 7 rời khỏi tiếp xúc tĩnh 6, mạch điện được cắt ra, hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh được buồng dập hồ quang 3 dập tắt. 2.6 Aptomat bảo vệ áp thấp 2.6.1 Nhiệm vụ: Đóng, cắt và tự động bảo vệ quá điện áp cho mạch điện hạ áp khi Uvh > Uđm 2.6.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc: a. Cấu tạo:
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 13
1. Tay thao tác đóng cắt 2. Chốt quay 3. Tiếp xúc tĩnh 4. Tiếp xúc động 5. Rơle điện áp 6. Lõi thép non 7. Cách tử dập hồ quang 8. Gối đỡ trượt 9. Thanh truyền động cách điện 10. Lò xo kéo b. Nguyên lý làm việc: Nếu áptomát đang ở vị trí đóng như hình vẽ, tiếp xúc động 4 đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 3, mạch điện nối liền, tải có điện. ở trạng thái làm việc bình thường Uvh = Uđm lực điện từ của cuộn dây điện áp sinh ra nhỏ hơn lực kéo của lò xo 10. Vì vậy áptomát được giữ ở vị trí đóng. Khi mạch điện bị quá áp Uvh > Uđm (khoảng 1,2 Uđm) thì lực điện từ của cuộn dây điện áp lớn hơn lực kéo của lò xo 10. Khi đó lõi thép 6 bị hút chập vào mạch từ rơle điện áp, kéo theo tiếp động 4 rời khỏi tiếp xúc tĩnh 3 mạch điện được cắt ra, hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh được buồng cách tử 7 dập tắt. Muốn đóng hoặc cắt điện khỏi tải thì tác động vào tay thao tác 1 ở vị đóng, cắt như hình vẽ: tay thao tác quay quanh chốt 2 đẩy lên đóng mạch, kéo xuống cắt điện khỏi tải. 2.7 Áptômát vạn năng 2.7.1 Nhiệm vụ: Là một loại áptomát đa chức năng, sử dụng để đóng cắt mạch điện hạ áp tại chỗ hoặc từ xa, và tự đóng cắt mạch khi đường dây hoặc thiết bị điện sau nó : ngắn mạch, quá tải, quá áp, kém áp ... 2.7.2 Cấu tạo: Áptomát này là tổ hợp các loại áptomát : bảo vệ quá dòng, quá áp, kém áp, và có thể điều khiển đóng cắt từ xa nhờ hệ thống nam châm điện điều khiển và đóng cắt mạch.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
- Loại công tắc tơ điều khiển điện áp một chiều. - Loại công tắc tơ điều khiển điện áp xoay chiều.
- Công tắc tơ hạn chế chiều cao. - Công tắc tơ hạn chế chiều rộng.
- Cuộn dây điện áp điều khiển. - Mạch từ chế tạo từ thép kỹ thuật điện. - Vỏ thường chế tạo từ nhựa cứng. - Bộ phận truyền động gồm lò xo và thanh truyền động. - Hệ thống tiếp điểm thường mở và thường đóng
6
5
3
2
1
K
U
Do tính chất đặc thù, cấu tạo phức tạp, giá thành cao nên phạm vi sử dụng loại áptomát này rất hạn chế. Thường chỉ được sử dụng lắp đặt trong các nhà máy công nghiệp có yêu cầu cao về chất lượng điện năng và an toàn. 2.8 Công tắc tơ 2.8.1 Công dụng: Công tắc tơ là một loại khí cụ điện hạ áp được sử dụng để điều khiển đóng cắt mạch từ xa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A. Công tắc tơ có hai vị trí đóng- cắt. Tần số có thể đến 1500 lần/giờ. Nhiệm vụ Công tắc tơ là một thiết bị điện đóng cắt điện áp thấp dùng để khống chế tự động và điều khiển xa các thiết bị điện một chiều và xoay chiều có điện áp tới 500V. Công tắc tơ được tính với tần số đóng cắt lớn nhất tới 1500 lần trong một giờ. 2.8.2 Phân loại: a. Phân loại theo nguyên lý truyền động: - Công tắc tơ điện từ. - Công tắc tơ kiểu hơi ép. - Công tắc tơ kiểu thuỷ lực. b. Phân loại theo dạng dòng điện: c. Phân loại theo kiểu kết cấu: 2.8.3 Đặc điểm cấu tạo: 2.8.4 Nguyên lý làm việc:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 14
Muốn đóng điện cho tải thì đóng khoá K trên mạch điều khiển, cuộn dây công tắctơ sẽ sinh ra lực điện từ hút chập hai nửa mạch từ lại với nhau, vì Ftđ > Flò xo thanh truyền động kéo tiếp xúc động 6 đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 5, khi đó tiếp
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
a. Điện áp định mức: là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính
GV: Nguyễn Trường Tuấn 15
điểm thường đóng mở ra, còn tiếp điểm thường mở đóng lại, mạch điện được nối liền. Muốn cắt điện khỏi tải, ngắt khoá K cuộn dây điện áp mất điện, lực điện từ bị triệt tiêu, lò xo 3 đẩy 2 nửa mạch từ ra xa nhau tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh, mạch điện được cắt. 2.8.5 Các tham số chủ yếu của công tắc tơ: phải đóng cắt, có các cấp : 110V, 220V, 440 V một chiều. và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% tới 105%. b. Dòng điện định mức: là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian công tắc tơ đóng không lâu quá 8 giờ. Công tắc tơ hạ áp có các cấp dòng thông dụng: 10, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A. Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm mát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dòng điện định mức nhỏ hơn nữa. c. Khả năng đóng cắt: là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt và khi đóng mạch. Ví dụ như công tắc tơ xoay chiều dùng để điều khiểnđộng cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc cần có khả năng đóng yêu cầu (3÷7)Iđm. d. Tuổi thọ công tắc tơ: Tính bằng số lần đóng cắt, sau số lần đóng cắt ấy công tắc tơ sẽ không dùng được tiếp tục. Hư hỏng có thể do mất độ bền cơ học hoặc bền điện. e. Tần số thao tác: số lần đóng cắt trong thời gian 1 giờ, bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp điểm chính do hồ quang. Có các cấp : 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500 lần trên một giờ, tuỳ chế độ công tác của máy sản xuất mà chọn công tắc tơ có tần số thao tác khác nhau. 2.8.6 Ưu nhược điểm : Kích thước gọn nhỏ có thể tận dụng khoảng không gian hẹp để lắp đặt và thao tác mà cầu dao không thực hiện được. Điều khiển đóng cắt từ xa, có vỏ ngăn hồ quang phóng ra bên ngoài nên an toàn tuyệt đối cho người thao tác, thời gian đóng cắt nhanh, vì những ưu điểm trên công tắc tơ được sử dụng rộng rãi điều khiển đóng cắt trong mạch điện hạ áp đặc biệt sử dụng nhiều trong các nhà máy công nghiệp. 2.9 Khởi động từ 2.9.1 Khái niệm và công dụng: Khởi động từ là một loại thiết bị điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng cắt đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có mắc thêm rơle nhiệt) cho các động cơ rôto dây lồng sóc. Khởi động từ khi có một công tắc tơ gọi là khởi động từ đơn, thường dùng để đóng cắt động cơ điện. Khởi động từ khi có hai công tắc tơ gọi là khởi động từ kép, thường dùng khởi động và điều khiển đảo chiều động cơ điện. Muốn khởi động từ bảo vệ được ngắn mạch phải mắc thêm cầu chì. 2.9.2 Điều khiển động cơ bằng khởi động từ đơn:
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
a. Công dụng: Khởi động từ đơn là một loại khí cụ điện hạ áp được sử dụng
b. Cấu tạo: Khởi động từ đơn gồm một công tắc tơ và một bộ rơle nhiệt ghép
để điều khiển đóng cắt từ xa và bảo vệ quá tải cho động cơ điện. lại với nhau(bộ rơle nhiệt có từ 2-3 rơle).
A B C
CD
N
Đ
CC
a. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý làm việc.
K
K1
RN2
RN1
RN3
K2
RN
ĐC
a. Công dụng: Khởi động từ kép là một loại khí cụ điện hạ áp được sử dụng
d. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 16
Trước hết ta đóng cầu dao vì N là nút thường đóng nên khi ta nhấn nút Đ xuống cuộn dây công tắc K có điện sẽ làm đóng các tiếp điểm chính K2 đồng thời đóng các tiếp điểm duy trì K1. Lúc này động cơ đã được cấp điện 3 pha nên nó sẽ quay.Muốn dừng ta ấn nút ngắt N cuộn dây K mất điện sẽ mở các tiếp điểm K2 Động cơ quay hết quán tính sẽ dừng.Khi có sự cố quá tải thì các phần tử đốt nóng của rơ le nhiệt sẽ bị cong tác động làm mở các tiếp điểm của rơ le nhiệt trong mạch điều khiển và do đó động cơ mất điện sẽ dừng. Khởi động từ ưu điểm hơn cầu dao ở chỗ điều khiển đóng cắt từ xa nên an toàn cho người thao tác đóng cắt nhanh, bảo vệ được quá tải cho động cơ, khoảng không gian lắp đặt và thao tác gọn (một tủ điện có thể lắp đặt nhiều động cơ). Vì vậy được sử dụng rộng rãi cho mạch điện hạ áp. 2.9.3 Điều khiển động cơ bằng khởi động từ kép: để điều khiển đóng cắt, bảo vệ quá tải và đảo chiều quay cho động cơ điện.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
b. Cấu tạo: Khởi động từ kép gồm 2 công tắc tơ và một bộ rơle nhiệt ghép lại
c. Sơ đồ mạch điện và nguyên tắc điều khiển:
B
C
CD
CC
ĐT
C
KT KN3
kt1
KT3
ĐN KN
kn1
RN1
RN2
kn2
kn2
kt2
kt2
kt2
kn2
với nhau. A
GV: Nguyễn Trường Tuấn 17
Khi đóng cầu dao động cơ vẫn chưa có điện vì tiếp điểm KT2 và KN2 đang mở. Muốn động cơ quay theo chiều thuận ta nhấn nút điều khiển ĐT thì công tắc tơ KT có điện, sẽ đóng tiếp điểm KT1 để tự duy trì, đóng tiếp điểm KT2 trên mạch động lực, đưa điện vào cho động cơ khởi động đồng thời mở tiếp điểm KT3 khoá không cho điện vào công tắc tơ điều khiển quay ngược KN. Để tránh trường hượp khi động cơ đang quay thuận nếu nhấn tiếp nút điều khiển ĐN sẽ gây ra ngắn mạch. Muốn đảo chiều quay động cơ phải nhấn nút dừng C thì công tắc tơ KT mới mất điện làm tiếp điểm KT1 và KT2 mở ra, tiếp điểm KT3 đóng lại, chờ cho động cơ dừng hẳn, nhấn nút điều khiển ĐN thì công tắc tơ điều khiển quay ngược KN có điện, nó sẽ đóng tiếp điểm KN1 và KN2 đưa điện vào cho động cơ khởi động theo chiều quay ngược lại, đồng thời mở tiếp điểm KN3 khoá không cho điện vào công tắc tơ điều khiển quay thuận. Muốn cắt điện nhấn nút dừng C, công tắc tơ mất điện do đó tiếp điểm KT2 hoặc KN2 sẽ mở ra cắt điện khỏi động cơ.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
c. Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch
Nếu động cơ bị quá tải thì rơle nhiệt sẽ tác động mở tiếp điểm RN1 và RN2 công tắc tơ sẽ mất điện do đó KT2 hoặc KN2 mở ra. Nếu động cơ bị ngắn mạch thì cầu chì sẽ tác động cắt mạch. Chương 3. RƠ LE VÀ CƠ CẤU ĐIỆN TỪ CHẤP HÀNH 3.1 Khái niệm chung về rơle điện. 3.1.1 Công dụng : Rơle điện là một loại thiết bị điện tự động, thường được lắp đặt ở mạch điện nhị thứ, dùng để điều khiển đóng cắt hoặc báo tín hiệu, bảo vệ an toàn trong quá trình vận hành của thiết bị điện mạch nhất thứ trong hệ thống điện. 3.1.2 Các bộ phận chính của rơle : a. Cơ cấu tiếp nhận tín hiệu (khối tiếp nhận tín hiệu vào) có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu làm việc không bình thường hoặc sự cố trong hệ thống điện từ BU, BI hoặc các bộ cảm biến điện, để biến đổi thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu cho khối trung gian. b. Cơ cấu trung gian (khối trung gian) làm nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đưa đến từ khối tiếp nhận tín hiệu, để biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động. điều khiển. Ví dụ : các khối trong cấu tạo rơle điện từ. + Khối tiếp nhận tín hiệu vào là cuộn dây điện từ. + Khối trung gian là mạch từ. + Khối chấp hành là hệ thống tiếp điểm.
3.1.3 Phân loại rơle điện : Có nhiều loại rơle điện với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau được phân thành các nhóm sau :
thay đổi tham số điện trở, điện cảm hoặc điện dung.
GV: Nguyễn Trường Tuấn 18
a. Phân loại theo nguyên lý làm việc : Gồm Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle cảm ứng, rơle từ điện, rơle phân cực ...) Rơle từ Rơle nhiệt Rơle điện tử, bán dẫn, vi mạch. Rơle số b. Phân loại theo nguyên tắc tác động của cơ cấu chấp hành : Rơle có tiếp điểm : đóng ngắt mạch bằng tiếp điểm. Rơle không có tiếp điểm (rơle tĩnh) tác động đóng cắt mạch bằng cách
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
K
dk
c. Phân loại theo tín hiệu đầu vào : Rơle dòng điện Rơle điện áp Rơle công suất Rơle tổng trở d. Phân loại theo vị trí lắp đặt : Rơle nhất thứ lắp đặt trực tiếp ở mạch động lực Rơle nhị thứ lắp đặt ở mạch nhị thứ thông qua BU, BI, cảm biến. e. Phân loại theo trị số và chiều của tín hiệu đầu vào :
Rơle cực đại Rơle cực tiểu Rơle cực đại, cực tiểu Rơle so lệch Rơle định hướng chiều tiếp nhận tín hiệu đầu vào. 1.4. Các thông số kỹ thuật cơ bản của rơle điện a. Hệ số điều khiển : P dk P td
Ptd là công suất tác động (công suất khối tiếp nhận tín hiệu vào) loại
R
K
n
I I
kd
Trong đó : Pdk là công suất điều khiển định mức của rơle (chính là công suất của tiếp điểm Rơle). rơle điện từ chính là công suất của cuộn dây điện từ. b. Thời gian tác động : Ttd là thời gian kể từ khi khối tiếp nhận có tín hiệu đến khi khối chấp hành làm việc, ví dụ đối với loại rơle điện từ là quãng thời gian từ khi cuộn dây rơle có điện đến khi tiếp điểm của nó đóng hoặc mở hoàn toàn. c. Hệ số trở về : Trong đó : Itv là trị số dòng điện trở về xác định bằng cách sau khi tiếp điểm thường mở rơle đóng hoàn toàn, thí nghiệm giảm từ từ dòng điện khởi động đến khi tiếp điểm rơle mở ra, tại thời điểm đó sẽ đo được Itv. Ktv càng gần 1 thì rơle càng chính xác.
d. Độ nhạy của rơle : Trong đó : IR là dòng điện chạy qua rơle khi ngắn mạch cuối vùng bảo vệ. Yêu cầu kỹ thuật đối với sơ đồ bảo vệ chính Kn ≥ 1,5 và đối với sơ đồ bảo vệ dự trữ (dự phòng) Kn ≥ 1,2. 3.2 Rơ le điện từ: 3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc :
GV: Nguyễn Trường Tuấn 19
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
2
F
.K i 2
Xét một Rơle như hình vẽ: khi cho dòng điện đi vào cuộn dây nam châm điện thì nắp sẽ chịu một lực hút F.
I : dòng điện
K : hệ số
Pđk là công suất điều khiển.
2
'
F K
I
.
Ptđ là công suất tác động của rơle.
U 2
Lực hút điện từ đặt vào nắp : Với δ : khe hở Khi dòng điện vào cuộn dây I > Itđ (dòng điện tác động) thì lực hút F tăng dẫn đến khe hở giảm làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được gắn với nắp). Khi dòng điện I ≤ Itv (dòng trở về) thì lò xo F lò xo > F (lực điện từ) và rơle nhả. Tỷ số Itv/Itđ được gọi là hệ số trở về Ktv. Rơle dòng cực đại Ktv < 1 Rơle dòng cực tiểu Ktv > 1 Rơle càng chính xác thì Ktv càng gần 1.. Hệ số điều khiển rơle : Với Rơle càng nhạy thì Kđk càng lớn Khoảng thời gian từ lúc dòng điện I bắt đầu > Itđ thì đến lúc chấm dứt hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động ttđ. Rơle điện từ phân ra làm hai loại : U R
2
'
F K
.
U 2
+ Rơle xoay chiều : lực F = 0 (tần số 2f) khi I = 0. Giá trị trung bình của lực hút sẽ là : nếu cuộn dây đặt song song với nguồn U thì
2
"
F K
.
U 2
Nam châm xoay chiều khi lực F = 0 lò xo kéo nắp ra do vậy rơle loại này khi làm việc có rung động gây tiếng kêu, để hạn chế người ta sử dụng vòng ngắn mạch .
GV: Nguyễn Trường Tuấn 20
+ Rơle một chiều thì có U là điện áp đặt vào cuộn dây.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
- Công suất điều khiển Pđk từ vài (W) đến vài nghìn (W). - Công suất tác động Ptđ từ vài (W) đến vài nghìn (W). - Hệ số điều khiển Kđk = (5 - 20). - Thời gian tác động ttđ = (2 - 20)ms.
GV: Nguyễn Trường Tuấn 21
Rơle điện từ có : 3.2.2 Nhược điểm của rơle điện từ : Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. Loại mới tăng được Kđk. 3.3 Rơ le dòng điện: 3.3.1 Công dụng : Rơle dòng điện có chức năng bảo vệ quá dòng trong hệ thống điện 3.3.2 Phân loại : a.Phân loại theo nguyên tắc tác động : ♦ Rơle dòng điện kiểu điện từ ♦ Rơle dòng điện kiểu cảm ứng ♦ Rơle dòng điện kiểu không tiếp điểm. b. Phân loại theo chức năng bảo vệ : ♦ Rơle dòng điện cực đại ♦ Rơle dòng điện thứ tự không ♦ Rơle dòng điện thứ tự nghịch ♦ Rơle dòng điện so lệch ♦ Rơle dòng điện xung ♦ Rơle dòng điện tần số cao ♦ Rơle dòng điện định hướng. 3.3.3 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle dòng điện kiểu so lệch : Ở các máy biến áp công suất từ 1000 KVA trở lên thường được lắp đặt nhiều hình thức bảo vệ trong đó có 3 hình thức bảo vệ chính là : bảo vệ dòng điện cực đại, bảo vệ bằng rơle hơi, bảo vệ so lệch. Mỗi loại bảo vệ có chức năng và nhiệm vụ riêng.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 22
Hình thức bảo vệ so lệch máy biến áp, có chức năng chủ yếu bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch ở đầu ra của máy biên áp và hình thức bảo vệ dự trữ cho bảo vệ rơle hơi. Trong hình thức bảo vệ so lệch, người ta thường sử dụng trong hai sơ đồ : tuần hoàn và sơ đồ cân bằng áp. Loại rơle dòng điện kiểu so lệch đặt trong sơ đồ bảo vệ so lệch tuần hoàn có cấu tạo như hình vẽ: rơle dòng điện được chế tạo gắn liền với biến dòng bảo hoà từ trung gian tạo thành rơle dòng điện kiểu so lệch. Biến dòng bão hoà từ trung gian thực chất là máy biến áp tỷ số 1:1, lõi từ là loại bão hoà từ nhanh. Bởi vì dòng điện ngắn mạch quá độ gồm hai thành phần chu kỳ và tự do, biên độ dao động lớn. Biến dòng bão hoà từ trung gian thì có tác dụng lọc bỏ thành phần tự do vì vậy tăng được độ nhạy và độ tin cậy cho bảo vệ. Vì IR = IBI1 - IBI2. Nếu không có biến dòng bão hoà từ trung gian thì khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, rơle vẫn có thể tác động nhầm do tổng trở trong và ngoài vùng bảo vệ chênh lệch nhau không nhiều. Khi lắp đặt phải chọn sao cho tỷ số BI2 phù hợp với tỷ số của biến áp để đảm bảo cho IR = IBI1 - IBI2 ở chế độ làm việc bình thờng có trị số càng nhỏ càng tốt. Khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì IR ≥ IKĐBV do đó rơle sẽ tác động điều khiển máy cắt MC1 và MC2. Trong hình thức bảo vệ so lệch, nếu không dùng biến dòng bão hoà từ trung gian thì phải sử dụng loại rơle có cuộn hãm, mới đảm bảo tinh chọn lọc cho bảo vệ. 3.4 Rơ le nhiệt.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
3.4.1 Khái niệm và công dụng:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 23
Rơle nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải. Thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ. Dùng ở điện áp xoay chiều đến 500V, tần số 50 Hz, loại mới Iđm đến 150A điện áp một chiều tới 400V. Rơle không tác động tức thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải có thời gian để phát nóng. Thời gian làm việc khoảng vài giây đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch được. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chì. 3.4.2 Nguyên lý làm việc : Dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện, ngày nay sử dụng phổ biến rơle nhiệt có phiến kim loại kép, nguyên lý làm việc dựa trên sự giãn nở dài của hai kim loại khi bị đốt nóng. Phần tử cơ bản của rơle nhiệt là phiến kim loại kép cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé, một tấm có hệ số giãn nở lớn hơn. Hai tấm kim loại được ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi đốt nóng do dòng điện phiến kim loại cong về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hay dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn. 3.5 Rơ le thời gian: 3.5.1 Công dụng : Rơle thời gian có chức năng định thời gian hoạt động của sơ đồ rơle bảo vệ, để chống tác động nhầm, đảm bảo yêu cầu chọn lọc cho các loại sơ đồ bảo vệ. 3.5.2 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơ le thời gian kiểu điện từ: a. Đặc điểm cấu tạo:
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
5
4
6
2
1
3
1: mạch từ, 2: hai ống ngắn mạch, 3: cuộn dây, 4: nắp mạch từ, 5: lò xo phản lực, 6: tiếp điểm. b. Nguyên lý làm việc: Khi có dòng điện đủ lớn chạy qua cuộn dây 3 thì sinh ra lực từ hút nắp 4 xuống rơ le ở trạng thái đóng. Khi ngắt đện ở cuộn dây rơ le thì trong ống ngắn mạch sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng và do đó sẽ sinh ra từ thông chống lại chiều biến thiên của từ thông do cuộn dây sinh ra làm cho tốc độ giảm của từ thông chậm lại nên thời gian nhả của rơ le cũng chậm lại. Loại này chủ yếu dùng để duy trì thời gian mở chậm. Thay đổi thời gian này bằng cách thay đổi khe hở của khí cụ. Ngoài ra còn có rơ le thời gian kiểu thủy lực: hệ thống thủy lực gồm có piston, xi lanh bên trong có chứa dầu nhờn đóng hoặc mở thông qua hệ thống thủy lực làm cho tiếp điểm đóng chậm hoặc mở chậm. 3.5.3 Vị trí lắp đặt rơle thời gian : Nguồn điều khiển thao tác thường là điện một chiều lấy từ hệ thống ắc quy.
3.6 Cơ cấu điện từ chấp hành 3.6.1 Khái niệm chung : Trong cơ cấu điện từ chấp hành nam châm điện là bộ phận chủ yếu. Nó sinh ra lực điện từ cần thiết để cho các cơ cấu đó làm việc. Nam châm điện một chiều có cuộn dây điện áp được dùng rộng rãi hơn cả bởi nó có những ưu điểm sau: + Khi làm việc không gây ra rung, ồn vì lực điện không thay đổi theo thời gian + Mạch từ không bị phát nóng do tổn hao sắt gây ra, lực điện từ lớn hơn gấp hai lần so với lực điện từ ở mạch điện từ xoay chiều có cùng kích thước và cùng mật độ từ cảm. + Dòng điện trong cuộn dây không phụ thuộc vào kích thước mạch từ và khe hở không khí của mạch từ.
GV: Nguyễn Trường Tuấn 24
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 25
+ Có thể dùng nguồn ắc quy thay thế khi mất điện lưới + Có nhiều dạng, loại cơ cấu điện từ chấp hành khác nhau với những chức năng khác nhau. 3.6.2 Nam châm điện nâng: Là bộ phận của cẩu điện tử nó được dùng trong việc bốc dỡ vận chuyển hàng hoá bằng sắt. Nam châm điện nâng gồm các bộ phận sau : - Cuộn dây - Lõi sắt - Mặt cực - Dây dẫn đưa điện vào - Vành bảo vệ bằng vật liệu không dẫn từ. Nam châm điện một chiều có lõi sắt và cuộn dây, nắp chính là hàng hoá cần bốc dỡ. Khi đưa điện vào cuộn dây lực điện từ sinh ra sẽ giữ chặt hàng hoá. Dịch chuyển nam châm để dịch chuyển hàng hoá, muốn tách ra chỉ cần ngắt điện. b. Đặc điểm : - Khi móc hàng không cần người móc và dây buộc. - Bốc dỡ đều điều khiển từ xa. - Có thể vận chuyển thép nóng. - Tải trọng có ích của cần cẩu phụ thuộc vào kích thước hàng hoá. Nếu hàng hoá lớn thì tải trọng có ích của nam châm điện sẽ lớn gấp nhiều lần khi hàng hoá có kích thướt bé. - Lực hút điện từ phụ thuộc vào thành phần hoá học và kích thước của hàng hoá - Để khắc phục sự cố (hàng bị rơi khi mất điện) thường dùng nguồn điện ắc quy nối song song. 3.7 Khớp li hợp điện từ 3.7.1 Khái niệm: Khớp ly hợp điện từ là cơ cấu giúp quá trình truyền lực từ trục này sang trục kia bằng lực điện từ. Hiện nay vẫn còn dùng nhiều trong tự động hoá và điều khiển từ xa để thay đổi tốc độ của trục dẫn. 3.7.2 Phân loại: Khớp ly hợp điện từ gồm : - Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát. - Khớp ly hợp điện từ kiểu bám. - Khớp ly hợp điện từ kiểu từ trễ. a. Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát: mo men được truyền từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ các đĩa ma sát khi chúng bị ép chặt vào nhau. Còn ly và hợp thì được điều khiển bằng thao tác “ngắt” và “đóng” của cuộn dây nam châm. Nhược điểm của loại ly hợp này là không điều chỉnh được tốc độ trục bị dẫn vì nếu giảm lực hút điện từ thì đĩa sẽ bị trượt dài phá hỏng bề mặt ma sát. b. Khớp ly hợp điện từ kiểu bám: moment truyền lực nhờ lực bám giữa hai mặt quay của trục dẫn và trục bị dẫn có trộn bột sắn và bột than, dầu nhờn để giảm ma sát. Khi có từ trường do cuộn dây sinh ra một lớp bột này sẽ trở nên “cứng” và ‘nổi” hai mặt quay của trục dẫn. Khi không có dòng bột dạng lỏng trượt (cho phép điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi dòng điện cuộn dây nam
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
châm điện). Nếu mômen cản của trục bị dẫn lớn sẽ dẫn đến trượt so với trục dẫn nhưng không sợ hỏng mặt quay.
3.8 Van điện từ
1. ống vào 2. bộ phận công tác 3. lò xo 4. phần ứng 5. cuộn dây 6. mạch từ 7. ống dẫn ra
GV: Nguyễn Trường Tuấn 26
Dùng để đóng mở các ống dẫn chất lỏng hoặc khí, phần động mạch từ gắn với cơ cấu làm việc của van. Khi đưa điện vào cuộn dây NCĐ lực hút điện từ làm phần động cơ cấu chuyển động làm van đóng hoặc mở. Cần thiết kế sao cho áp lực của chất lỏng dẫn cùng chiều lực điện từ để điều khiển van được dễ dàng.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
BÀI 9: PHANH HÃM ĐIỆN TỪ Phanh hãm điện từ là cơ cấu điện từ dùng để hãm các thiết bị đang quay. Nó là bộ phậnkhông thể thiếu của cần cẩu, thang máy hay tải điện. Thông thường nhất là loại phanh hãm bằng má và bằng đai, ở các loại này lực hãm và nhả được khuyếch đại qua hệ thống đòn bẩy. Ngoài ra còn bộ đếm và bộ chọn bước điện từ.
1. mạch từ 2. cuộn dây 3. phần ứng 4. lò xo 5. má phanh 6. đĩa hãm 7. trục quay 8. đệm da
Hình dạng chung của nam châm điện hãm CHƯƠNG IV: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT ĐIỆN ÁP CAO 4.1 Các kỹ thuật cơ bản của máy cắt điện 4.1.1 Công dụng: Máy cắt điện là một loại khí cụ điện cao áp, dùng để đóng cắt mạch điện cao áp tại chỗ hoặc từ xa, khi lưới điện đang vận hành bình thường, không bình thường, hoặc khi bị sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện. 4.1.2 Ký hiệu máy cắt điện trên sơ đồ mạch:
Máy cắt đang đóng Máy cắt đang cắt 4.1.3 Phân loại máy cắt điện: a. Phân loại theo cấu tạo: - Máy cắt một hướng và máy cắt nhiều hướng. - Máy cắt một buồng dập hồ quang và máy cắt nhiều buồng dập hồ quang trên cùng một pha. - Máy cắt có lò xo tích năng và máy cắt không có lò xo tích năng. b. Phân loại theo vị trí lắp đặt:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 27
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
- Máy cắt lắp đặt trong nhà. - Máy cắt lắp đặt ngoài trời, phải chịu khí hậu khắc nghiệt, chống được ăn
-Máy cắt điện phải có khả năng cắt lớn, thời gian cắt bé (cắt nhanh) tránh
-Độ tin cậy cao : khi đóng cắt không được gây cháy nổ và các hư hỏng khác. -Phải có khả năng đóng cắt một số lần nhất định phải đưa ra bảo dưỡng, sữa
-Kích thước gọn, trọng lượng nhẹ, kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt, dễ vận hành,
3.
I U . cdm
cdm
dm
a. Điện áp định mức: Uđm là điện áp cao nhất đặt vào máy cắt, mà máy cắt
e. Dòng điện ổn định động định mức: Iôđđm là dòng điện lớn nhất chạy qua
g.Thời gian cắt: Tc là khoảng thời gian tính từ khi cuộn dây nam châm điện
Tc = ttruyền động + t khử ion
GV: Nguyễn Trường Tuấn 28
mòn hoá học. c. Phân loại theo phương pháp dập tắt hồ quang: - Máy cắt điện nhiều dầu không có buồng dập tắt hồ quang. - Máy cắt điện nhiều dầu có buồng dập tắt hồ quang. - Máy cắt điện không khí - Máy cắt điện ít dầu - Máy cắt điện khí SF6 - Máy cắt điện tự sinh khí - Máy cắt điện chân không - Máy cắt điện từ (dập tắt hồ quang bằng từ trường). 4.1.4 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của máy cắt điện: được hồ quang cháy phục hồi. chữa. giá thành hợp lý. 4.1.5 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy cắt điện: có thể vận hành an toàn (còn được gọi là điện áp danh định của máy cắt). b. Dòng điện định mức: Iđm là trị số hiệu dụng lớn nhất chạy qua máy cắt khi nó vận hành lâu dài, nhưng vẫn đảm bảo giữ nhiệt độ các bộ phận của máy cắt thấp hơn nhiệt độ cho phép S c.Dòng điện cắt định mức: Icđm đặt trưng cho khả năng cắt của máy cắt, là dòng điện ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần mà máy cắt có thể cắt được an toàn. d. Dòng điện đóng định mức: Iđđm trong vận hành có trờng hợp máy cắt đóng lúc mạch điện đang bị ngắn mạch (đóng lặp lại). Khả năng đóng của máy cắt khi mạch điện đang ngắn mạch, được đặc trưng bởi Iđđm là dòng điện ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất chạy qua máy cắt, nó có thể đóng vào mà không làm hư hỏng máy cắt. máy cắt mà lực điện động do nó sinh ra không làm hư hỏng máy cắt. f. Dòng điện ổn định nhiệt định mức: Iôđnđm là dòng điện ngắn mạch hiệu dụng lớn nhất không thay đổi theo thời gian, chạy qua máy cắt mà không làm nhiệt độ của máy cắt tăng quá trị số cho phép. điều khiển cắt có điện đến khi hồ quang bị dập tắt hoàn toàn. Tất cả các thông số kỹ thuật trên đều có trong lý lịch của máy cắt điện.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
4.2 Các loại máy cắt điện. 4.2.1 Máy cắt điện nhiều dầu không có buồng dập hồ quang: a. Đặc điểm cấu tạo: Mặt cắt một pha như hình vẽ:
1. Cực bắt dây nguồn tới máy cắt 2. Sứ xuyên 3. Nắp máy cắt 4. Ống chỉ mức dầu 5. Thanh truyền dộng 6. Van xả dầu 7. Tiếp xúc động 8. Tiếp xúc tĩnh 9. Vỏ máy cắt 10. Lò xo tích năng 11. Cực bắt dây tải ra
GV: Nguyễn Trường Tuấn 29
Ở loại máy cắt này dầu chứa một lượng đủ lớn vừa để cách điện vừa để dập tắt hồ quang (hàng trăm lít). b. Nguyên lý làm việc: Nếu máy cắt đang ở vị trí đóng, tiếp xúc động 7 đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 8, lò xo tích năng 10 ở trạng thái nén, đèn tín hiệu chỉ màu đỏ, dòng điện từ nguồn bắt qua cực bắt dây 11 về tải. Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc từ khoá điều khiển thì bộ truyền động được giải phóng khỏi vị trí đóng, lò xo tích năng đẩy thanh truyền động 5 sập xuống, đưa tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh 8, mạch điện được cắt, hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh khi cắt đốt nóng cục bộ làm dầu bị phân tích thành hơi là hỗn hợp khí các bon hyđrô nhẹ, trong đó hyđro chiếm tới 70%, áp suất có thể đạt tới(100-140 N/Cm2) làm cho dầu bị xáo trộn mạnh, đẩy tia hồ quang vào sâu trong dầu. Mặt khác lực điện từ do dòng điện chạy ngược chiều cũng đẩy tia hồ quang vào sâu trong lớp dầu ngoài. Vì vậy hồ quang bị làm nguội và dập tắt, tuy vậy tốc độ luồng khí không đủ mạnh dập tắt hồ quang nhanh, nên loại máy cắt này thời gian cắt thường bị kéo dài. c. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng: Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, giá thành không cao. Nhược điểm: Sau một số lần đóng cắt dầu nhanh chóng bẩn, do một phần cacbonhiđroxit bị cháy, chất lượng dầu giảm nên phải lọc dầu, thay dầu gây ra tốn kém, mặt khác loại máy cắt này thời gian cắt không nhanh, nguy cơ cháy nổ cao, vì chứa nhiều dầu cho nên thường được chế tạo có công suất cắt không lớn, điện áp vận hành nhỏ hơn 15 kV. 4.2.2 Máy cắt nhiều dầu có buồng dập hồ quang: a. Đặc điểm cấu tạo:
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 30
Để khắc phục những nhược điểm cơ bản của máy cắt điện nhiều dầu không có buồng dập hồ quang, người ta cải tiến chế tạo ra loại máy cắt này, buồng dập hồ quang được lắp đặt cố định bao lấy tiếp xúc động và tĩnh của máy cắt như hình vẽ. 1. Thanh truyền động 2. Buồng dập hồ quang 3. Tiếp xúc tĩnh 4. Tiếp xúc động 5. Lỗ thoát dầu 6. Dây dẫn mềm 7. Lò xo tích năng 8. Điện trở phân áp Điện trở phân áp số 8 có tác dụng phân đều điện áp trên các điện áp trên các điểm cắt, tránh hiện tượng điện áp cục bộ các điểm cắt không đều, gây ra hồ quang cháy phục hồi sau khi cắt, làm quá điện áp và hư hỏng máy cắt. b. Nguyên lý làm việc: Nếu máy cắt đang ở vị trí đóng, dòng điện từ nguồn qua thanh dẫn sứ xuyên qua tiếp xúc tĩnh 3 qua tiếp xúc động 4 qua dây dẫn 6 về tải. Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc khoá điều khiển, bộ truyền động được giải phóng khỏi vị trí đóng, lò xo tích năng 7 đẩy thanh truyền động 1xập xuống, đa tiếp xúc động 4 rời khỏi tiếp xúc tĩnh 3, mạch điện được cắt. Hồ quang phát sinh giữa tiếp xúc động và tĩnh, đốt nóng và phân tích dầu trong buồng dập thành hỗn hợp khí cacbuahiđroxit làm cho áp suất trong buồng dập tăng lên rất lớn đạt tới (400- 500)N/cm2 phụt qua lỗ 5 tạo thành luồng khí thổi ngang cắt đứt tia hồ quang. Sau một số lần đóng cắt, muội dầu do các bua hiđrô cháy sinh ra bám lại trong buồng dập cho nên phải đưa máy cắt ra bảo dưỡng làm sạch muội dầu. c. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng: Loại máy cắt này, dập hồ quang bằng hơi dầu áp suất cao, thời gian cắt nhanh, muội dầu bám lại trong buồng dập hồ quang nên dầu ít bị bẩn. Nguy cơ cháy nổ giảm, nên có thể chế tạo máy cắt có công suất lớn, điện áp vận hành
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
cao. Loại máy cắt dầu điện áp vận hành từ 100-220 kV đợc chế tạo nhiều buồng dập hồ quang nối tiếp nhau trên cùng một pha. 4.2.3 Máy cắt điện ít dầu : a. Đặc điểm cấu tạo: 1. Buồng phân ly dầu 2. Vỏ máy cắt 3. Tiếp xúc lăn 4. Cực bắt dây ra tải 5. Mặt bích 6. Buồng dập hồ quang MCĐ ít dầu 7. Buồng hãm xung
GV: Nguyễn Trường Tuấn 31
8. Cực bắt dây nối nguồn 9. Van xả dầu 10. Tiếp xúc tĩnh 11. Ống chỉ mức dầu 12. Tiếp xúc động 13. Bộ truyền động 14. Nắp đổ dầu Ở máy cắt ít dầu: dầu chủ yếu dùng để dập tắt hồ quang và đóng vai trò cách điện tăng cường cho các loại cách điện rắn khác như nhựa êbôxi, têchtôlít. Cấu tạo buồng dập hồ quang : vỏ bằng thép hình trụ, bên trong lót vật liệu cách điện rắn là nhựa êbôxi và sợi thuỷ tinh, lớp kế theo là các tấm cách tử, được chế tạo từ vật liệu cách điện rắn. Hêtinắc, tếchtôlit ghép song song với nhau theo mặt phẳng ngang. Giữa chúng có khe hẹp chứa dầu như hình vẽ. Ở máy cắt, điện áp vận hành từ 110 kV trở lên, có nhiều điểm cắt trên mỗi pha.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 32
Buồng hãm xung 7 có tác dụng giảm rung động va đập khi máy cắt hoặc đóng mạch. Buồng phân ly dầu 1 có tác dụng ngưng tụ hơi dầu thoát ra theo sản phẩm cháy để lọc và tiết kiệm dầu. b. Nguyên lý làm việc: Nếu máy cắt ở vị trí đóng, đèn tín hiệu chỉ màu đỏ, tiếp xúc động 12 đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 10, khi đó dòng điện từ nguồn qua cực bắt dây số 8 qua tiếp xúc tĩnh, qua tiếp xúc động qua tiếp xúc lăn 3 qua cực bắt dây 4 ra tải. Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc khoá điều khiển thì bộ truyền động được giải phóng khỏi vị trí đóng, kéo tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh. Hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc, đốt nóng phân tích dầu trong các khe hẹp chứa dầu. Bởi vì trong các khe hẹp dầu bị phân tích thành hơi, làm cho áp suất trong buồng dập hồ quang tăng lên rất lớn có thể đạt tới 15-20 at ép dầu dồn vào buồng hãm xung 7 còn hơi dầu trong buồng tụ nén lại. Khi tiếp xúc động chuyển động lên khỏi khe hở, hơi dầu được thoát ra, phụt qua các rãnh hẹp tạo thành luồng khí thổi ngang dập tắt hồ quang. Sản phẩm cháy và hơi dầu thoát lên buồng phân ly 1 ở đó hơi dầu được ngng tụ, lọc sạch đưa trở về buồng chứa dầu, còn sản phẩm cháy thoát ra ngoài. Sau khi giải trừ sự cố, đóng lại máy cắt qua khoá điều khiển. c. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng: Cấu tạo gọn nhẹ, ít dầu, ít nguy cơ cháy nổ khi đóng cắt mạch, thời gian cắt nhanh, công suất cắt lớn, phạm vi sử dụng rộng rãi, chế tạo ở nhiều cấp điện áp vận hành từ 3 kV trở lên, công suất cắt tới 12000MVA. Loại máy cắt điện áp vận hành từ (6-35) kV thường được chế tạo hợp bộ với dao cách ly tạo thành các tủ điện phân phối gọi là tủ hợp bộ, còn ở cấp điện áp vận hành từ 110kV trở lên được chế tạo nhiều điểm cắt nối tiếp nhau trên mỗi pha để đảm bảo cắt nhanh, an toàn. Nhược điểm cơ bản của loại máy cắt này là xung va đập và tiếng ồn khi đóng cắt lớn, giá thành cao. 4.2.4 Máy cắt điện không khí: a. Đặc điểm cấu tạo:
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
GV: Nguyễn Trường Tuấn 33
1. Tiếp xúc tĩnh 2. Tiếp xúc động 3. Buồng dập hồ quang 4. Pít tông 5. Xi lanh 6. Cực bắt dây ra tải 7. Tiếp xúc lăn 8. Cực bắt dây tới nguồn 9. Lỗ van xả khí 10. Nắp quy lát K1 van cắt K2 van đóng Ở loại máy cắt này điều khiển truyền động và dập tắt hồ quang điện dùng không khí đã sấy khô lọc sạch nén ở áp suất cao tới 20 at. Do không cần thời gian tạo ra sản phẩm khí như ở các loại máy cắt dầu nên quá trình dập hồ quang rất nhanh. Thời gian cắt khoảng 0,17s, công suất cắt có thể đạt tới 15000MVA. b. Nguyên lý làm việc: Nếu máy cắt ở vị trí đóng thì van K2 mở, van K1 đóng, tiếp xúc động 2 đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 1, đèn tín hiệu báo màu đỏ, dòng điện từ nguồn qua cực bắt dây 6 ra tải. Khi có tín hiệu cắt từ rơle hoặc khoá điều khiển, van K1 sẽ mở khí nén áp suất cao vào ngăn trên của xilanh đẩy pittông 4 chuyển động xuống phía dưới kéo tiếp xúc động 2 rời khỏi tiếp xúc tĩnh 1. Hồ quang phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động và tĩnh được khí nén áp suất cao thổi trực tiếp dập tắt, sản phẩm khí cháy thoát ra ngoài qua lỗ 9. Khi đóng máy cắt, van K2 mở khí nén áp suất cao vào ngăn xilanh đẩy pitông 4 chuyển động lên trên đưa tiếp xúc động đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh. Các cách thổi dọc trong máy cắt không khí
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
c. Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng: Loại máy cắt này có thời gian cắt nhanh, công suất cắt lớn nhưng nhược điểm cơ bản cấu tạo cồng kềnh vì phải có thêm hệ thống sấy, lọc và nén khí, nên mặt bằng lắp đặt đòi hỏi phải đủ lớn. Khi đóng cắt vẫn gây tiếng ồn lớn, giá thành còn cao. Loại máy cắt này chỉ thích hợp lắp đặt ở những trạm hoặc nhà máy điện có nhiều máy cắt không khí giống nhau dùng chung một hệ thống lọc, sấy và nén khí, mới có hiệu quả kinh tế, do đó loại máy cắt này có phạm vi sử dụng chưa rộng rãi. 4.3 Dao cách ly.
GV: Nguyễn Trường Tuấn 34
4.3.1 Công dụng: Dao cách ly là một loại khí cụ điện cao áp, được sử dụng để đóng cắt mạch điện cao áp khi không có điện, tạo ra khoảng cắt an toàn trông thấy được giữa các bộ phận mang điện và bộ phận đã cắt điện. Khi cần kiểm tra sữa chữa, bảo dưỡng bộ phận không mang điện. Trong điều kiện nhất định có thể dùng dao cách ly đóng cắt đường dây hoặc máy biến áp không mang tải công suất nhỏ, hoặc đóng cắt mạch điện đẳng thế để đổi nối phương thức kết dây của sơ đồ. Vì dao cách ly không có bộ phận dập tắt hồ quang cho nên nghiêm cấm dùng dao cách ly đóng cắt mạch điện không mang tải. 4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với dao cách ly: - Dao cách ly phải làm việc tin cậy, tiếp xúc phải đảm bảo chắc chắn. - Phải đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt khi có dòng điện ngắn mạch cực đại chạy qua. - Kết cấu dao cách ly phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ lắp đặt, dễ thao tác, phải liên động với máy cắt để dao cách ly đã cắt điện và chỉ đóng được cách ly trước khi đóng điện cho máy cắt. - Khoảng cách giữa các lưỡi dao sau khi cắt hết hành trình phải đủ lớn, để đảm bảo không bị phóng điện khi có xung điện áp. 4.3.3 Phân loại: a. Phân loại theo vị trí lắp đặt: Dao cách ly lắp đặt trong nhà và dao cách ly lắp đặt ngoài trời. Ở cùng cấp điện áp vận hành thì yêu cầu kỹ thuật của dao cách ly ngoài trời cao hơn, vì dao
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
cách ly ngoài trời phải chịu được tác động của môi trường khắc nghiệt như mưa, nắng, bức xạ, tác nhân hoá học, bụi bẩn ... b. Phân loại theo cấu tạo: Loại dao cách ly có lưỡi dao tiếp đất và dao cách ly không có lưỡi dao tiếp đất. Loại dao cách ly có lưỡi dao động quay trên mặt phẳng ngang và loại dao cách ly có lưỡi dao động quay trên mặt phẳng thẳng đứng. Loại dao cách ly có bộ liên động lắp kèm với máy cắt và cách ly không có bộ liên động (cách ly phân đoạn). A. Dao cách ly lắp đặt trong nhà: 1. Đặc điểm cấu tạo như hình vẽ:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 35
1. Lưỡi dao tiếp xúc động 2. Lò xo 3. Sứ đỡ thanh truyền động 4. Tiếp xúc tĩnh 5. Cực bắt dây nối nguồn 6. Giá đỡ 7. Trục truyền động 8. Cần thao tác 9. Sứ đỡ lỡi dao động 10. Cực bắt dây nối tải 2. Nguyên tắc thao tác vận hành: Nếu dao cách ly ở vị trí đóng thì tiếp xúc động 1 sẽ đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh 4. Sau khi đóng máy cắt nối tiếp cách ly, thì dòng điện tải từ nguồn qua cực bắt dây 5 qua tiếp xúc tĩnh 4 qua tiếp xúc động 1 qua cực bắt dây 10 về tải. Muốn cắt cách ly, trước hết phải cắt điện máy cắt nối tiếp với dao cách ly, sau đó sử dụng động cơ hoặc tay, tác động vào cần thao tác số 8. Kéo xuống là cách ly, đẩy lên là đóng cắt ly.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
* Nguyên tắc thao tác: muốn cắt cách ly phải cắt điện ở máy cắt nối tiếp với dao cách ly trước, sau đó mới được cắt đến cách ly, khi đóng thì đóng dao cách ly trước, sau đó mới đóng điện máy cắt nối tiếp với cách ly để dao cách ly mang tải. 3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng: Loại dao cách ly này có ưu điểm cấu tạo đơn giản, gọn, dễ lắp đặt và thao tác. Phạm vi sử dụng lắp đặt trong nhà, chủ yếu lắp đặt cho lưới điện trung áp. B. Dao cách ly lắp đặt ngoài trời: 1. Đặc điểm cấu tạo: Cấu tạo một pha như hình vẽ
GV: Nguyễn Trường Tuấn 36
1. Lưỡi dao tiếp xúc tĩnh 2. Lưỡi dao tiếp xúc động 3. Dây dẫn mềm 4. Cực bắt dây nối tải 5. Sứ đỡ lỡi dao 6. Thanh truyền động 7. Giá đỡ 8. Cực bắt dây nối đất an toàn 9. Trục quay 10. Cực bắt dây nối nguồn 2. Nguyên tắc thao tác vận hành: Khi dao cách ly ở vị trí đóng lưỡi dao 1 và 2 đóng chặt vào nhau dòng điện từ nguồn qua cực bắt dây 10 qua dây dẫn mềm 3 qua lưỡi dao 1 và 2 qua cực bắt dây 4 ra tải. Muốn cắt cách ly trước hết phải cắt điện ở máy cắt nối tiếp với dao cách ly. Khi cắt cách ly, dùng động cơ hoặc quay tay, tác động vào bộ truyền động làm cho trục quay 9 và sứ đỡ 5 quay, kéo lưỡi dao động 1 và 2 tách rời nhau quay ngược chiều cùng một phía, trên cùng một mặt phẳng ngang đến khi chúng song song với nhau mới cắt hết hành trình. Nguyên tắc thao tác: Muốn cắt cách ly phải cắt điện ở máy cắt nối tiếp với dao cách ly.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
Khi đóng dao cách ly thì đóng trước khi đóng điện cho máy cắt nối tiếp cách ly. (Đóng và cắt cách ly đều không có dòng điện tải). 3. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng: Loại dao cách ly ngoài trời thờng đợc thiết kế lưỡi dao động quay theo mặt phẳng ngang hoặc mặt phẳng thẳng đứng, để đảm bảo an toàn và ở những dao cách ly công suất lớn, người ta thường sử dụng động cơ để truyền động đóng cắt từ xa và tự động. Phạm vi sử dụng dao cách ly ở mọi cấp điện áp từ 3kV trở lên. C. Dao ngắn mạch: Ký hiệu: KZ Ký hiệu trên sơ đồ điện:
1. Công dụng: Dao ngắn mạch là một loại khí cụ điện cao áp được sử dụng để tạo ra điểm ngắn mạch nhân tạo, trong trường hợp ngắn mạch ở máy biến áp dòng điện không đủ lớn cho rơle bảo vệ đầu đường dây tác động. KZ thường được lắp đặt thay thế vị trí máy cắt phía cao áp máy biến áp. 2. Cấu tạo như hình vẽ:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 37
1. Cực bắt dây nối nguồn 2. Sứ đỡ cách điện 3. Giá đỡ 4. Bộ truyền động 5. Dây nối đất 6. Trục quay
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
7. Lưỡi dao tiếp xúc động 8. Cực bắt dây nối tải 9. Lưỡi dao tiếp xúc tĩnh 3.Nguyên lý làm việc:
I
N
U
Z
Z
d
BA
Vì đường dây dài Zd lớn nên IN < IkđRL1 cho nên hệ thống rơle bảo vệ đầu đườngdây không khởi động điều khiển máy cắt MC1 được, vì vậy phải lắp đặt dao ngắn mạch KZ phía sơ cấp máy biến áp trên hình vẽ. Khi có ngắn mạch xảy ra ở máy biến áp thì hệ thống rơle 2 sẽ khởi động điều khiển đóng dao ngắn mạch KZ gây ra ngắn mạch nhân tạo xếp chồng làm tăng trị số dòng điện ngắn mạch trên đường dây, vì vậy hệ thống rơle 1 sẽ khởi động được, điều khiển cắt MC1 đầu đường dây, loại máy biến áp bị ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện. Sau khi cắt dao cách ly (tự động hoặc trực tiếp) nhân viên vận hành trạm, thông tin cho điều độ để chỉ huy đóng lại máy cắt MC1. Như vậy các phụ tải khác nối vào đường dây chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác.
GV: Nguyễn Trường Tuấn 38
Phía sơ cấp máy biến áp 110/35 kV như trên hình vẽ, lẽ ra phải trang bị máy cắt. Nhưng nếu làm thế thì giá thành xây dựng lưới điện tăng. Để tiết kiệm vốn đầu tư xây dựng cơ bản mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, người ta có thể cho lắp dao ngắn mạch phía cao áp máy biến áp cấp điện cho phụ tải loại 2,3.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
4.4 Cuộn kháng điện. 4.4.1 Khái niệm chung về kháng điện: a. Công dụng: Kháng điện là một loại khí cụ điện cao áp được sử dụng để hạn chế dòng điện ngắn mạch trong hệ thống điện, giảm bớt tình trạng làm việc nặng nề của các thiết bị điện khi có sự cố ngắn mạch hay hạn chế dòng điện mở máy của động cơ cao áp công suất lớn, đảm bảo điện áp trên thanh góp đỡ giảm sút quá mức, khi xảy ra ngắn mạch hoặc khi động cơ cao áp khởi động. b. Phân loại: - Phân loại theo cấu tạo gồm : Kháng điện đơn, kháng điện kép, kháng điện khô, kháng điện dầu. - Phân loại theo vị trí lắp đặt : lắp đặt ngoài trời hoặc lắp đặt trong nhà. c. Yêu cầu kỹ thuật: - Kháng điện làm việc phải tin cậy, vận hành tốt trong điều kiện khắc nghiệt : mưa, nắng, bụi bẩn... - Phải ổn định động và ổn định nhiệt khi có dòng điện ngắn mạch cực đại chạy qua.
- Điện trở phải rất nhỏ so với điện kháng của nó để giảm tổn thất công suất
UU
(
. L
U
U
L
)
eU 1
L
2
1
2
2
cho hệ thống điện. - Kết cấu phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ lắp đặt vận hành và bảo dưỡng, sữa chữa. d. Nguyên lý làm việc: Xét mạch điện như hình vẽ :
di N dt
Khi có dòng điện biến thiên tăng chạy qua cuộn dây thì trong cuộn dây sẽ xuất hiện sức điện động tự cảm eL như hình vẽ. Ta có phương trình cân bằng điện áp di N dt
GV: Nguyễn Trường Tuấn 39
Vậy : Khi có ngắn mạch xảy ra phía sau cuộn kháng thì dòng điện ngắn mạch quá độ chạy qua kháng điện biến thiên tăng, do đó mặc dù U2 giảm nhưng (diN/dt) tăng, cho nên điện áp U1 trên thanh góp giảm không đáng kể. Mặt khác trong thời gian quá độ, khi dòng điện ngắn mạch biến thiên tăng thì eL sinh ra iL chống lại sự biến thiên tăng của dòng điện ngắn mạch. Vì vậy dòng điện thực tế chạy qua điểm ngắn mạch nhỏ hơn dòng điện ngắn mạch khi không lắp kháng điện. Dựa vào cơ sở lý thuyết này, ngời ta chế tạo kháng điện để hạn chế dòng điện ngắn mạch trong thời gian quá độ trước thời điểm máy cắt cắt loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện. Đường đặc tính kỹ thuật của kháng điện như hình vẽ.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
4.4.2 Cuộn kháng khô:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 40
Dùng cho các trang bị điện trong nhà điện áp đến 35 kV là cuộn kháng được sử dụng rất rộng rãi. Cuộn đặt hở trong không khí làm mát tự nhiên bằng các luồng khí của phòng. Các vòng dây được cố định qua các trụ đỡ bằng bê tông hoặc gỗ. Hình vẽ cuộn kháng khô trụ bêtông điện áp 35kV. Cuộn dây số 3 là cuộn dây nhôm hoặc đồng, tiết diện lớn, cách điện bằng giấy dầu và lớp sợi bông tết bên ngoài, các vòng dây được lồng vào trụ bê tông 1. Cuộn kháng quấn xong được tẩm vào sơn chịu ẩm, thường 3 pha được chồng lên nhau, giữa các pha cách điện bằng sứ đỡ 2. Cuộn dây pha giữa phải quấn ngược chiều với hai cuộn dây trên và dưới nhằm cân bằng lực điện từ giữa các vòng dây trong các pha chống biến dạng của các vòng dây khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua, khi lắp đặt và sữa chữa cần chú ý đến chiều cũng như thứ tự pha của cuộn kháng. Ngoài ra khi lắp đặt cần tránh các bộ phận sắt thép đặt quá gàn cuộn kháng làm thay đổi trị số điện kháng của nó. Cuộn kháng khô phải được đặt trong phòng thông gió tốt, nhiệt độ không quá 350C và không thay đổi đột ngột. Trong quá trình cuộn kháng làm việc cần giữ cho lớp sơn mặt ngoài luôn sạch sẽ. Nếu mặt ngoài bị bẩn, hơi nước đọng lại sẽ làm giảm điện trở bề mặt gây phóng điện mặtngoài, có hại cho cuộn kháng và dễ dẫn tới sự cố ngắn mạch giữa các pha, Nhược điểm của cuộn kháng điện bê tông là nặng nề, cồng kềnh. 4.4.3 Cuộn kháng ngâm dầu: Thường dùng cho các thiết bị điện ngoài trời, điện áp từ 35 KV trở lên. Nó gồm có một hoặc ba cuộn dây, quấn trên lõi cách điện, đặt trong thùng dầu võ thép, đựng đầy dầu cách điện. Trông bề ngoài cuộn kháng giống máy biến áp chỉ khác
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
các sứ xuyên dẫn điện vào và ra có kích thướt như nhau và không có bình dầu phụ.
GV: Nguyễn Trường Tuấn 41
(1) sứ xuyên (2) vỏ thùng dầu (3) màn chắn từ (4) cuộn dây kháng điện (5) dầu cách điện Cấu tạo cuộn kháng ngâm dầu so với cuộn kháng khô thì kháng ngâm dầu có ưu điểm là tránh được ẩm ướt, bụi bẩn, thu gọn kích thướt và khối lượng, đặt được ở mọi vị trí, gần các vật sắt thép không sợ bị ảnh hưởng từ tính. Tuy nhiên cấu tạo của nó phức tạp giá thành cao hơn cuộn kháng khô cùng cấp điện áp. Khi cuộn kháng có dòng điện xoay chiều chạy qua từ thông của các cuộn dây sẽ móc vòng qua vỏ thép (vì cuộn kháng khô không có mạch từ bằng lõi thép) sinh ra dòng điện xoáy làm nóng vỏ và gây tổn hao lớn. Để khắc phục hiện tượng trên người ta dùng các phương pháp sau đây: - Dùng màn chắn từ: Bằng cách đặt giữa các cuộn dây và vỏ thùng dầu một tấm kính loại 3 dẫn điện, bằng đồng hay nhôm. Khi cuộn dây có từ thông biến thiên qua, trong tấm kính sẽ cảm ứng ra một sức điện động. Do tấm kim loại và vòng dây kín mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ tạo ra dòng điện chạy trong vòng kín đó. Theo định luật Lenxơ, dòng điện này sinh ra từ thông phụ chống lại sự biến thiên của từ thông trong lòng nó. Kết quả là từ thông tản qua vỏ thùng dầu giảm đi rất nhiều. - Dùng mạch từ phụ : bằng cách lót trong vỏ thùng một lớp thép lá kỹ thuật điện tạo ra mạch từ phụ cho từ thông cuộn dây móc vòng qua. Vì lá thép dẫn từ tốt hơn rất nhiều so với vỏ máy nên từ thông móc vòng qua vỏ máy giảm đi rất nhiều. 4.5 Chống sét 4.5.1 Chống sét van có khe hở dập hồ quang: Ký hiệu
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
a. Công dụng: Chống sét van là một loại thiết bị điện cao áp đợc sử dụng để bảo vệ chống sét xâm nhập từ đường dây vào trạm biến áp hoặc nhà máy điện, chống quá điện áp cho trạm biến áp và nhà máy điện. b. Đặc điểm cấu tạo: Loại chống sét van có khe hở dập hồ quang nh hình vẽ
GV: Nguyễn Trường Tuấn 42
1. Đầu cực bắt dây ra 2. nắp và đệm trên 3. Lò xo 4. Khe hở dập hồ quang 5. Điện trở vilit 6. Vỏ sứ 7. Nắp và đệm dới 8. Bulông bắt dây nối đất 9. Bách bắt xà (đai ôm) Cấu tạo chính của loại chống sét van này là điện trở vilit và khe dập hồ quang. Hai bộ phận này đặt nối tiếp nhau, dòng sét qua khe dập tia lửa qua điện trở vilit xuống đất. Điện trở vilit được chế tạo từ bột kim cương hoặc graphic đúc thành hình trụ có bề dày từ 20-30 mm, đường kính từ 75-100mm chịu được dòng điện cường độ từ 30-40 kA chạy qua mà không hư hỏng. Điện trở vilit là loại điện trở phi tuyến có đường đặc tính nh hình vẽ :
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
Khi đặt điện áp vào điện trở là điện áp lới (Uvh ≈ Uđm) thì điện trở vilit có điện trở rất lớn (Rvl ≈ ∞ ) ngăn không cho dòng tải trên đường dây tháo xuống đất. Khi điện áp đặt lên điện trở là điện áp sét, có trị số rất lớn thì điện trở vilit tự động giảm về gần bằng không. Mỗi khe hở dập hồ quang gồm hai đĩa đồng mỏng dập định hình ép vào tấm mica dày từ (0.5-1)mm dạng hình vành khăn như hình vẽ, chính tấm mica này tạo nên khe dập tia lửa hồ quang. c. Nguyên lý làm việc: Chống sét van được lắp đặt song song với máy phát điện hoặc máy biến áp như hình vẽ :
GV: Nguyễn Trường Tuấn 43
Khi có sét đánh trên trên đường dây hoặc cảm ứng vào đường dây tải điện, thì dòng điện sét sẽ lan truyền trên đờng dây dưới dạng sóng chạy. Sóng sét là loại sóng xung cao tần, độ dốc lớn tốc độ biến thiên nhanh, khi xâm nhập vào thanh góp của nhà máy điện hoặc trạm biến áp thì điện áp đặt vào máy biến áp và chống sét van sẽ là điện áp sét có trị số rất lớn (nếu không có chống sét van bảo vệ thì máy biến áp sẽ bị hư hỏng). Khi điện áp đặt vào điện trở vilit là điện áp sét thì điện trở vilit tự động giảm về không. Cho nên dòng điện sét đợc tháo qua van chống sét xuống hệ thống nối đất. Khi đó xem như chống sét van trở thành một dây dẫn nối đất, đấu song song với máy biến áp, vì vậy triệt tiêu được điện áp trên máy biến áp bảo vệ an toàn cho máy biến áp. Sau khi dòng điện sét được tháo xuống đất, điện áp đặt vào van chống sét giảm dần về gần điện áp lưới, do đó điện trở vilit lại tự động tăng dần trị số, làm cho dòng điện phóng qua các khe hở dập hồ quang giảm xuống rất nhỏ, vì vậy hồ quang nhanh chóng bị dập tắt hoàn toàn trong các khe hẹp.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
Khi điện áp đặt vào chống sét van giảm dần về bằng điện áp lưới thì điện trở vilit tăng lên trị số vô cùng lớn, ngăn không cho dòng điện tải tháo xuống đất. Vì vậy chống sét van có tính lựa chọn chỉ tháo dòng điện sét xuống đất, ngăn không cho dòng điện tải xuống đất, nên còn được gọi là van thu sét. Khi lắp đặt chống sét van không được để hơi nước lọt vô trong làm thay đổi đặc tính của điện trở vilit sẽ mất tác dụng chống sét. 4.5.2 Chống sét ống: a. Công dụng: Là một loại khí cụ điện cao áp được sử dụng để bảo vệ chống quá điện áp do sét đánh vào đường dây tải điện trung thế cấp điện áp từ (3-35)kV. b. Đặc điểm cấu tạo: các bộ phận chính như hình vẽ : Là loại chống sét có khe hở. Bộ phận dập hồ quang gồm : Khe hở trong d1 được bao bọc xung quanh bằng vật liệu sinh khí, đặt trong ống sinh khí 2 chế tạo từ chất phi brôbakêtit hoặc chất dẻo viniplast. Một đầu ống có nắp kim loại giữ điện cực thanh 7 đầu còn lại lắp điện cực hình xuyến 6, trên điện cực hình xuyến có gắn lá thép lưỡi gà 5 để chỉ thị tình trạng làm việc của chống sét ống. Khe hở ngoài d2 giữa điện cực kim loại 3 và 4 có tác dụng cách ly thân ống chống sét với đường dây để không bị hư hỏng và tổn hao do dòng điện rò.
E
U (
E
)
U
d
d
1
2
GV: Nguyễn Trường Tuấn 44
1. Nắp kim loại 2. ống sinh khí 3. Điện cực kim loại 4. Điện cực kim loại 5. Lỡi gà chỉ thị 6. Điện cực hình xuyến 7. Điện cực kim loại 8. Cực bắt dây nối đất c. Nguyên lý làm việc: Ở trạng thái bình thường đường dây dẫn điện cách điện với đất nhờ khe hở trong d1 và khe hở ngoài d2. Khoảng cách giữa các điện cực của các khe hở d1 và d2 phụ thuộc vào loại chống sét ống và cấp điện áp của đường dây.
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
Khi có sét đánh trực tiếp vào đường dây hoặc sóng sét cảm ứng vào đường day tải điện, thì điện áp giữa đường dây và mặt đất tăng lên gấp nhiều lần điện áp định mức làm cho điện trường giữa các khe hở tăng d1 và d2 lên rất lớn. Khi E ≥ Ei (Ei là giới hạn điện trờng ion hoá) thì lớp không khí giữa các khe hở d1, d2 bị ion hoá do va chạm, gây ra phóng điện qua các khe hở d1 và d2. Vì vậy năng lượng sét trên đường dây được tháo xuống đất làm cho biên độ sóng sét trên đường dây giảm đi nhanh chóng, trở về trạng thái bình thường, do đó cách điện của đờng dây với đất không bị h hỏng. Trong quá trình phóng điện qua khe hở d1 hồ quang đốt nóng chất sinh khí làm cho chất sinh khí bị phân tích do nhiệt, chuyển từ thể rắn sang thể hơi do đó áp suất trong ống sinh khí tăng lên rất lớn, có thể đạt tới hàng chục at thổi dập tắt tia hồ quang. Sản phẩm cháy khí màu đỏ phụt ra ngoài theo lỗ hở của cực điện hình xuyến, đẩy lá thép lưỡi gà 5 bật khỏi vị trí đóng. Khi đi kiểm tra đường dây thấy lá thép lỡi gà bật lệch ra ngoài, thì người quản lý biết được chống sét ống đã tác động. Thời gian phóng điện và dập hồ quang của chống sét ống không quá 0,02s. Sau nhiều lần chống sét ống tác động, lớp vật liệu sinh khí sẽ bị mòn dần. Khi kiểm tra nếu thấy mòn quá giới hạn cho phép thì phải thay chống sét ống mới. d. Phạm vi sử dụng: Chống sét ống chủ yếu dùng để bảo vệ chống sét cho đường dây trung thế : Uđm = (3-35) kV. Ngoài ra chống sét ống còn được chế tạo đến cấp điện áp 110kV để sử dụng chống sét tăng cường cho trạm biến áp hoặc nhà máy điện có cấp điện áp tương ứng, ở những vùng thường có mật độ sét lớn, nhằm mục đích giảm biên độ sóng sét lan truyền trên đường dây vào trạm biến áp hoặc nhà máy điện, để hạn chế tình trạng làm việc quá tải cho chống sét van.
Thường đợc lắp đặt trên đường dây cách nhà máy điện và trạm biến áp từ (100- 300)m. e. Ưu nhược điểm: - Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ kiểm tra và quản lý. - Nhược điểm: do khe hở d1 và d2 nên chỉ khi E ≥ Ei thì chống sét mới tác động vì vậy điện áp trên đường dây vẫn còn khá lớn. Trong quá trình vận hành điện cực 3 và 4 có thể bị xê dịch do nhiều nguyên nhân làm thay đổi khoảng cách d2.
GV: Nguyễn Trường Tuấn 45
BÀI GIẢNG: KHÍ CỤ ĐIỆN
Dẫn tới làm tăng giá trị điện áp d khi quá điện áp trên đường dây. Vì những nhược điểm cơ bản trên cho nên chống sét ống không được dùng để bảo vệ chống sét lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc nhà máy điện là những thiết bị quan trọng và nhạy cảm. f.Vị trí lắp đặt:
GV: Nguyễn Trường Tuấn 46
Nếu lắp đặt ở cùng một vị trí trên cả 3 pha thì tiết kiệm được dây nối đất và cọc tiếp địa nhưng nguy cơ gây ngắn mạch khi cả 3 chống sét ống cùng tác động sẽ tăng lên. Nếu mỗi khoảng cột chỉ lắp một chống sét ống, muốn lắp hết trên cả 3 pha phải hết 3 khoảng cột liên tiếp, thì sẽ giảm được nguy cơ ngắn mạch khi có tác động nhưng chi phí cho cọc tiếp đất và dây nối đất tăng.
