Giáo trình Khí cụ điện (Nghề: Lắp đặt thiết bị điện - Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Khí cụ điện được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên lắp được các khí cụ điện vào một số mạch điện cơ bản; trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện thông dụng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Khí cụ điện (Nghề: Lắp đặt thiết bị điện - Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KHÍ CỤ ĐIỆN NGHỀ: LẮP ĐẶT THIẾT BỊ ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số:205/QĐ-CĐDK ngày 1 tháng 3 năm 2022 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa, nền kinh tế đang trên đà phát triển, việc sử dụng các thiết bị điện, khí cụ điện trong sản xuất công nghiệp đóng vai trò vô cùng quan trọng. Vì vậy, việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính toán lựa chọn rất cần thiết cho sinh viên học ngành Điện. Ngoài ra, việc cập nhật thêm các kiến thức về công nghệ mới đang không ngừng cải tiến và nâng cao các thiết bị đện là vô cùng cần thiết. Với một vai trò vô cùng quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình môn học nghề Điện công nghiệp của Trường Cao đẳng Dầu khí. Chúng tôi đã biên soạn cuốn giáo trình Khí cụ điện gồm 4 chương với những nội dung cơ bản như sau: Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Giáo trình Khí cụ điện được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo viên và là tại liệu học tập của sinh viên Trường Cao đẳng Dầu khí. Do chuyên môn và thời gian có hạn nên không tránh khởi những thiếu sót, vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn sách có chất lượng cao hơn. Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 06 năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Nguyễn Lê Cương 2. Lê Thị Thu Hường 3. Nguyễn Xuân Thịnh 4.
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .................................................................. 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ..................................................................................... 7 DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... 9 BÀI 1 : KHÁI NIỆM VÀ CÔNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN................................ 5 1.1 Khái niệm về khí cụ điện : .................................. 6 1.2 Công dụng và phân loại khí cụ điện : ......................... 15 BÀI 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT ......................................................................... 17 2.1 Cầu dao : ............................................ 18 2.2 Các loại công tắc và nút ấn : ............................... 21 2.3 Dao cách ly ........................................... 27 2.4 Máy cắt điện .......................................... 30 2.5 Áp tô mát (CB) ........................................ 33 BÀI 3: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ ............................................................................... 40 3.1 Nam châm điện: ........................................ 41 3.2 Rơle dòng điện, role điện áp ............................ 43 3.3 Rơ le nhiệt: (Over Load OL) ............................... 50 3.4 Cầu chì: ............................................. 62 3.5 Thiết bị chống dòng rò:................................... 66 3.6 Biến áp đo lường: ....................................... 69 BÀI 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN....................................................................... 73 4.1 Contactor ............................................ 74 4.2 Khởi động từ: ...................................... 78 4.3 Rơle trung gian và rơ le tốc độ: ....................... 80 4.4 Rơle thời gian: ..................................... 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 89
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT U: Hiệu điện thế I: Cường độ dòng điện ΔUcp: Hiệu điện thế cho phép Rtx: Điện trở tiếp xúc ρ: là điện trở suất của vật dẫn làm tiếp điểm F : Lực ép lên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm do bulong, đinh tán hoặc lò xo tạo nên. N : Số điểm tiếp xúc trên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm δb : Ứng suất chống dập của vật liệu làm tiếp điểm. a0 : Hệ số điện trở nhiệt θ0 : Nhiệt độ ban đầu cảu tiếp điểm θ: Nhiệt độ tiếp điểm tại thời điểm đang xét. INA: Cường độ dòng điện định mức nút ấn Itt: Cường độ dòng điện tính toán UNA: Hiệu điện thế định mức nút ấn Utt: Hiệu điện thế tính toán UđmMC: Hiệu điện thế định mức máy cắt UđmMạng: Hiệu điện thế định mức mạng IđmMC: Cường độ dòng điện định mức máy cắt Icb: Cường độ dòng điện cơ bản INt: Cường độ dòng điện ngắn mạch tại thời điểm t. Scđm: Công suất biểu kiến định mức máy cắt SNt: Công suất cắt ngắn mạch lớn nhất tbv: Là thời gian tác động của tín hiệu bảo vệ rơ le. tmc: Là thời gian tác động của máy cắt Idđm: Cường độ dòng điện ổn định động định mức Ixk: Cường độ dòng điện xung kích idđm: Cường độ dòng điện ổn định động định mức tức thời ixk: Cường độ dòng điện xung kích tức thời Inhđm: Cường độ dòng điện ổn định nhiệt định mức. tnhđm: Thời gian ổn định nhiệt định mức. I∞: Cường độ dòng điện ổn định nhiệt lâu dài Ttd: Thời gian IRI: Là dòng điện phụ tải mà rơ le cho phép liên tục chạy qua lớn nhất NO : Normal Open, tiếp điểm phụ thường hở.
NC: Normal Close, tiếp điểm phụ thường đóng. Itt là dòng điện tính toán tương ứng với công suất Ptt của thiết bị tiêu thụ điện. Ikđ la dòng điện khởi động lớn nhất của phụ tải động cơ điện: Kmm là hệ số dòng điện khởi động. Iđm là dòng điện định mức của động cơ điện.
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Cấu tạo của cầu dao .............................................................................19 Hình 2.2: Cấu tạo của má kẹp cầu dao. ..............................................................19 Hình 2.3. Cầu dao đá hai cực tay nắm ở giữa. ..................................................20 Hình 2.4. Cầu dao nối đất. ....................................................................................20 Hình 2.6. Công tắc ..................................................................................................22 Hình 2.8: công tắc hành trình kiểu nút ấn .........................................................23 Hình 2.9: Công tắc hành trình kiểu đòn .............................................................24 Hình 2.10. Nút ấn ....................................................................................................26 Hình 2.11: Dao cách ly trong nhà .................................................................................28 Hình 2.12: Dao cách ly lắp đặt ngoài trời .....................................................................29 Hình 2.13 : Cấu tạo máy cắt nhiều dầu .........................................................................30 Hình 2.14: Máy cắt khí SF6 ..........................................................................................33 Hình 2.17: Máy cắt không khí ......................................................................................33 Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của CB dòng điện cực đại ..............36 Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của CB điện áp thấp .........................36 Hình 2.20: Một số loại CB thông dụng ..............................................................37 Hình 3.1: Cấu tạo nam châm điên có nắp......................................................................41 Hình 3.2: Cấu tạo nam châm điên không nắp................................................................42 Hình 3.2: Phân tích lực hút của cuộn dây nam châm điện đối với vật liệu sắt từ ...........42 Hình 3.3:Nguyên lý cấu tạo của rơle điện từ .................................................................43 Hình 3.4: Cấu tạo rơle dòng điện ........................................................................44 Hình 3.5: Rơle dòng cực đại .................................................................................45 Hình 3.6: Rơle điện áp ...........................................................................................45 Hình 3.7: Rơ le điện áp ..........................................................................................46 Hình 3.8: Rơ le nhiệt ..............................................................................................51 Hình 3.9: Rơ le điện áp ..........................................................................................54 Hình 3.10: Đường đặc tính ampe-giây của động cơ (1) và rơle nhiệt kim loại kép (2) ................................................................................................................................55 Hình 3.11: Các hình dạng của tấm kim loại kép. .......................................................57 Hình 3.12: Rơle nhiệt 3 pha bảo vệ động cơ. ...................................................57 Hình 3.13: Cấu tạo rơle nhiệt kim loại kép kiểu ‘đồng tiền’ ........................58 Hình 3.14: Rơle nhiệt kiểu kín (đặt bên trong động cơ) ................................59 Hình 3.15: Hộp rơle điều chỉnh nhiệt độ và rơle bảo vệ kiểm kim loại kép dạng đũa (thanh). .....................................................................................................59 Hình 3.16: .Rơle nhiệt kim loại kép kiểu ống. .................................................60
Hình 3.17: Rơle điều chỉnh nhiệt độ khí nén ....................................................61 Hình 3.18: Đặc tính A -s của rơle nhiệt. .............................................................62 Hình 3.19: Hình ảnh rơ le nhiệt thực tế .............................................................62 Hình 3.20: Cấu tạo cầu chì loại vặn ....................................................................63 Hình 3.21: Cấu tạo cầu chì loại hộp ...................................................................63 Hình 3.22: Cấu tạo cầu chì loại kín có chất nhồi ............................................64 Hình 3.23: Hệ thống nhiều cầu chì ......................................................................66 Hình 3.24: Cầu dao chống giật một pha .............................................................67 Hình 3.24: Cầu dao chống giật ba pha ...............................................................68 Hình 3.25: Cầu dao chống giật thực tế ...............................................................68 Hình 4.1: Cấu tạo contactor ..................................................................................75 Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động của contactor ..................................................76 Hình 4.4: Khởi động từ đơn hai nút nhấn ..........................................................79 Hình 4.5: Khởi động từ đảo chiều ba nút nhấn .................................................79 Hình 4.6: Một số khởi động từ .............................................................................80 Hình 4.7: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle trung gian ......................81 Hình 4.8: Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu khí nén .......86 Hình 4.9: Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu bán dẫn ......87
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch. .......................... 8 Bảng 3.1: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle ............................47 Bảng 3.2: Số liệu cuộn dây của rơle ...................................................................47 Bảng 3.3: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle ............................48 Bảng 3.4: Số liệu cuộn dây của rơle ...................................................................49 Bảng 3.5: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle ............................49 Bảng 3.6: Số liệu cuộn dây của rơle ...................................................................50 Bảng 3.7: Thiết bị chống rò của một số hãng ...................................................67
CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN 1. Tên mô đun: Khí cụ điện 2. Mã mô đun: ELEI53117 Thời gian thực hiện mô đun: 75 giờ; (Lý thuyết: 14 giờ; Thực hành: 58 giờ; kiểm tra: 3 giờ). Số tín chỉ: 03 3. Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí: Là mô đun thuộc các mô đun cơ sở của chương trình đào tạo. Môn đun này được dạy trước môn học và mô đun: an toàn lao động, mạch điện, có thể học song song với môn vật liệu điện.và sau khi hoàn thành các môn học chung ngành nghề. - Tính chất: Môn học này trang bị những kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động cuả các loại khí cụ điện thông dụng, những kỹ năng sử dụng khí cụ điện trong mạch thực tế.. 4. Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Nhận dạng và phân loại được các loại khí cụ điện. + Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện thông dụng. + Biết được cách lắp được các khí cụ điện vào một số mạch điện cơ bản. - Về kỹ năng + Chọn được các khí cụ điện theo yêu cầu.. + Lắp được các khí cụ điện vào một số mạch điện cơ bản - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện tính chủ đô ̣ng, tư duy khoa ho ̣c, nghiêm túc trong công việc. 5. Nội dung mô đun: 5.1. Chương trình khung: Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm tra Tín hành, TT Mã MH/MĐ Tên môn học, mô đun chỉ Tổng Lý thí nghiệ số thuyết m, thảo luận, bài LT TH tập Các môn học I 14 285 120 150 10 5 chung/đại cương 1 COMP52001 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 0 2 COMP51003 Pháp luật 1 15 9 5 1 0
3 COMP51007 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 0 2 Giáo dục quốc phòng 4 COMP52009 2 45 21 21 1 2 và An ninh 5 COMP52005 Tin học 2 45 15 29 0 1 6 FORL54002 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 0 An toàn vệ sinh lao 7 SAEN52001 2 30 26 2 2 0 động Các môn học, mô đun II 51 1260 323 880 22 35 đào tạo nghề bắt buộc Các môn học, mô đun II.1 12 240 112 116 8 4 kỹ thuật cơ sở 8 ELET5201 An toàn điện 2 30 28 0 2 0 9 ELEI52033 Mạch điện cơ bản 2 30 28 0 2 0 10 ELEI53132 Mạch điện 3 60 28 29 2 1 11 ELEC52166 Vẽ điện chuyên ngành 2 45 14 29 1 1 12 ELEI53117 Khí cụ điện 3 75 14 58 1 2 Các môn học, mô đun II.2 39 1020 211 764 14 31 chuyên môn nghề 13 ELEI53115 Đo lường điện 3 75 14 58 1 2 14 ELET55157 Trang bị điện 1 5 120 28 87 2 3 15 ELEI53150 Thực tập điện cơ bản 1 3 75 14 58 1 2 Lắp đặt dây điện trong 16 ELEC54125 4 90 28 58 2 2 nhà Lắp đặt thiết bị đo 17 ELEC55130 5 120 28 87 2 3 lường điện Lắp đặt thiết bị điện 18 ELEC55128 5 120 28 87 2 3 chiếu sáng Lắp đặt thiết bị điện 19 ELEC55129 5 120 28 87 2 3 dân dụng Lắp đặt hệ thống điều 20 ELEC55126 5 120 28 87 2 3 hòa không khí 21 ELEC54255 Thực tập sản xuất 4 180 15 155 0 10
Tổng cộng: 65 1545 443 1030 32 40 5.2. Chương trình chi tiết mô-đun: Thời gian (giờ) Thực hành, Số TT Nội dung tổng quát Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm tra số thuyết thảo luận, bài tập LT TH Bài 1: Khái niệm và công dụng 1 4 4 0 0 0 của khí cụ điện 2 Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt 20 3 17 0 0 3 Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ 29 4 24 0 1 4 Bài 4: Khí cụ điện điều khiển 22 3 17 1 1 Cộng: 75 14 58 1 2 6. Điều kiện thực hiện mô đun 6.1. Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết 6.2. Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu 6.3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: - Giáo trình, giáo án - Phiếu học tập 6.4. Các điều kiện khác: 7. Nội dung và phương pháp, đánh giá: 7.1. Nội dung: - Về kiến thức: bài 1 đến bài 4. - Về kỹ năng: bài 1 đến bài 4. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Nghiêm túc trong học tập. + Cẩn thận, nghiêm túc trong học tập và trong công việc + Rèn luyện tính kiên nhẫn, chính xác tỉ mỉ trong công việc. 7.2. Phương pháp đánh giá: 7.2.1. Kiểm tra thường xuyên: - Số lượng: 01 bài. - Cách thức thực hiện: thực hành trên máy tính. 7.2.2. Kiểm tra định kỳ: - Số lượng: 03 bài. Trong đó 01 bài lý thuyết, 02 bài thực hành. - Cách thức thực hiện: Thiết kế đề kiểm tra lý thuyết kèm đáp án theo đúng
biểu mẫu và nội dung môn học ở mục III với tổng số lượng 03 bài, trong đó: Stt Bài kiểm tra Hình thức kiểm tra Nội dung kiến thức 1. Bài kiểm tra số 1 Lý thuyết Bài 1, Bài 2, Bài 3 2. Bài kiểm tra số 2 Lý thuyết Bài 4 3. Bài kiểm tra số 3 Thực hành Bài 1, bài 2, bài 3, bài 4 7.3. Thi kết thúc môn học: - Hình thứ thi: Trắc nghiệm trên máy tính. - Thời gian thi: 60 phút – 90 phút. 8. Hướng dẫn thực hiện môn học: 8.1. Phạm vi áp dụng môn học: - Chương trình môn học này được áp dụng cho nghề Điện công nghiệp hệ Cao đẳng 8.2. Hướng dẫn về phương pháp giảng dạy, học tập môn học: - Đối với giáo viên, giảng viên: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết với bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: theo lớp. + Thiết kế các phiếu học tập - Đối với người học: + Tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ + Hoàn thành các bài tập + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập. + Tuân thủ qui định giờ giấc. 8.3. Những trọng tâm chương trình cần chú ý: 8.4. Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Xuân Phú, Khí cụ Điện Kết cấu, sử dụng và sửa chữa, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, năm 2000. [2] Lê Thị Thu Hường, Khí cụ điện, Lưu hành nội bộ Trường Cao Đẳng Dầu Khí
BÀI 1 : KHÁI NIỆM VÀ CÔNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN  GIỚI THIỆU BÀI 1: - Bài 1 là bài giới thiệu chung các loại khí cụ điện.  MỤC TIÊU CỦA BÀI 1 LÀ: - Về kiến thức: + Phân loại được các loại khí cụ điện + Hiểu được cách tiếp xúc điện, cách tạo hồ quang điện và dập tắt hồ quang điện - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc.  PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập bài 1 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (bài 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống bài 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Trang bị điện - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1 - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Trang 5
 Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ thực hành: không có  NỘI DUNG BÀI 1 1.1 Khái niệm về khí cụ điện : 1.1.1 Khái niệm về khí cụ điện : Khí cụ điện là những thiết bị điện làm các nhiệm vụ: đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ, chuyển đổi, khống chế và kiểm tra mọi hoạt động của bệ thống lưới điện và các loại máy điện. Ngoài ra thiết bị điện còn được sử dụng để kiểm tra, điều chỉnh và biến đổi đo lường nhiều quá trình không điện khác. 1.1.2 Sự phát nóng của khí cụ điện : Tuỳ theo chế độ làm việc khác nhau mỗi khí cụ điện sẽ có chế độ phát nóng khác nhau. a) Trạng thái làm việc quá tải: Quá tải là hiện tượng các thiết bị điện phát nóng quá mức cho phép do dòng điện tăng cao lâu dài quá giới hạn quy định, hoặc hệ thống làm mát kém hiệu quả hoặc không hoạt động. Đối với máy điện quay, cần đặc biệt quan tâm tới hiện tượng quá nhiệt độ do ảnh hưởng của dòng điện thứ tự nghịch xuất hiện trong các chế độ quá tải không đối xứng hoặc vận hành không toàn pha. Máy điện quay có công suất càng lớn khả năng chịu quá tải theo dòng điện thứ tự nghịch càng thấp. b) Trạng thái làm việc quá điện áp: Trong chế độ làm việc bình thường, điện áp có thế dao động trong một giới hạn cho phép: U  U dd  U cp Mức dao động cho phép của điện áp ± ΔU cp phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế và điều kiện vận hành cụ thể của từng lưới điện. Nếu điện áp vượt qua giới hạn cho phép (cao hơn hoặc thấp hơn) chứng tỏ chế độ làm việc không bình thường hoặc có sự cố trong lưới điện. Quá điện áp kéo dài thườn g do trục trặc hoặc hư hỏng ở các thiết bị điều chỉnh điện áp ở máy phát điện, hoặc mạng truyền tải và phân phối hoặc do sa thải phụ tải gây nên. c) Trạng thái làm việc ngắn mạch: Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường. Khi xảy ra ngắn mạch, tổng trở của hệ thống điện giảm, làm ch o dòng điện tăng lên Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Trang 6
rất nhanh,điện áp giảm xuống. Nếu không nhanh chóng cô lập điện ngắn mạch thì hệ thống sẽ chuyển sang ngắn mạch duy trì (xác lập). Từ lúc xảy ra ngắn mạch cho đến khi cắt nó ra, trong hệ thống điện xảy ra quá trình quá độ làm thay đổi dòng và áp. Dòng điện trong quá trình quá độ thường gồm 2 phần: chu kỳ và không chu kỳ. Trường hợp hệ thống có đường truyền tải điện áp từ 330KV trở lên thì trong dòng ngắn mạch ngoài thành phần tần số cơ bản còn các thành phần sóng hài bậc cao. Nếu đường dây có tụ bù dọc sẽ có thêm thành phần sóng hài bậc thấp. - Trong hệ thống có trung tính nối đất (hay 4 dây) chạm chập một pha hay nhiều pha với đất (hay với dây trung tính) cũng được gọi là ngắn mạch. - Trong hệ thống có trung tính cách ly hay nối đất qua thiết bị bù, hiện tượng chạm chập một pha với đất được gọi là chạm đất. Dòng chạm đất chủ yếu là do điện dung các pha với đất. Ngắn mạch gián tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian, gồm điện trở do hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha này đến pha khác hoặc từ pha đến đất. Điện trở hồ quang điện thay đổi theo thời gian, thường rất phức tạp và khó xác định chính xác. Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có thể bỏ qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại). Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng, áp 3 pha ở tình t rạng đối xứng. Ngắn mạch không đối xứng: là dạng ngắn mạch là cho hệ thống dòng, áp 3 pha mất đối xứng. - Không đối xứng ngang: khi sự cố xảy ra tại một điểm, mà tổng trở các pha tại điểm đó như nhau. - Không đối xứng dọc: khi sự cố xảy ra mà tổng trở các pha tại một điểm không như nhau. Sự cố phức tạp: là hiện tượng xuất hiện nhiều dạng ngắn mạch không đối xứng ngang, dọc trong hệ thống điện. Ví dụ: đứt dây kèm theo chạm đất, chạm đất hai pha tại hai điểm khác nhau trong hệ thống có trung tính cách ly. Xác xuất Dạng ngắn mạch Hình vẽ quy ước Kí hiệu xảy ra% Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Trang 7
3 pha N(3) 5 2 pha N(2) 10 2 pha-đất N ( 1 -1 ) 20 1 pha N(1) 65 Bảng 1.1: Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch . Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch: a. Nguyên nhân: - Cách điện của các thiết bị già cỗi, hư hỏng. - Quá điện áp. - Các ngẫu nhiên khác, thao tác nhầm hoặc do được dự tính trước… b. Hậu quả: - Phát nóng: dòng ngắn mạch rất lớn so với dòng định mức làm cho các phần tử có dòng điện ngắn mạch đi qua nóng quá mức cho phép dù với một thời gian rất ngắn. - Tăng lực điện động: ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị lớn ở thời gian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị. - Điện áp giảm và mất đối xứng: làm ảnh hưởng đến phụ tải, điện áp giảm 30 đến 40% trong vòng một giây làm động cơ điện có thể ngừn g quay, sản xuất đình trệ, có thể làm hỏng sản phẩm. - Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất. - Gây mất ổn định: khi không cá ch ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống có thể mất ổn định và tan rã, đây là hậu quả trầm trọng nhất. 1.1.3 Tiếp xúc điện : a) Khái niệm : 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 điểm đóng cắt bị phát nóng cao, bị mài mòn do va đập, do ma sát và đặc biệt là sự hủy hoại của hồ quang điện. b) Phân loại tiếp xúc điện : Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Trang 8
 Tiếp xúc cố định : Khi hai vật dẫn tiếp xúc không rời nhau bằng bulong hoiac85 đinh tán.Ví dụ như : Tiếp xúc của kẹp nối dây, tiếp xúc giữa dây dẫn và cốt bắt dây ở sứ xuyên Hình 1.1 : Tiếp xúc cố định  Tiếp xúc đóng mở : Là tiếp xúc giữa các tiếp điểm động và tĩnh của các loại khí cụ điện đóng cắt mạch điện như : Tiếp xúc của tiếp điểm cầu dao, công tắc, aptomat, máy cắt, … Hình 1.2 : Tiếp xúc đóng mở  Tiếp xúc trượt : Là dạng tiếp xúc vật dẫn này trượt lên vật dẫn kia. Ví dụ như : Chổi than trượt trên cổ góp của máy phát điện hoặc động cơ. Hình 1.3 : Tiếp xúc trượt  Một số loại tiếp xúc thường gặp : Tiếp điểm kiểu ngón Tiếp điểm kiểu bắc cầu Tiếp điểm kiểu thủy ngân Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Trang 9
Tiếp điểm kiểu lỡi Tiếp điểm kiểu vút má Hình 1.4: Hình ảnh một số loại tiếp xúc c) Hình thức tiếp xúc : - Tiếp xúc điểm : Là hình thức tiếp xúc nhau ở diện tích rất nhỏ được xem là một điểm. Ví dụ : Tiếp xúc giữa mặt cầu với mặt cầu, giữa mặt cầu với mặt phẳng trong một số Rơle điện từ, …. - Tiếp xúc đường : Là hình thức các vật tiếp xúc nhau trên một đường thẳng hoặc đường cong. - Tiếp xúc mặt : Là hình thức các vật tiếp xúc nhau trên nhiều điểm của mặt phẳng hoặc mặt cong. Ví dụ : Tiếp xúc giữa tiếp điểm động và tĩnh của máy cắt, cầu dao, aptomat,… d) 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. e) Điện trở tiếp xúc và các yếu tố ảnh hưởng tới điện trở tiếp xúc : - Điện trở tiếp xúc : Tại vị trí tiếp xúc của vật dẫn, điện trở tiếp xúc được xác định theo công thức :  Rtx  (1.1) F .n 2. b   ρ: là điện trở suất của vật dẫn làm tiếp điểm F : Lực ép lên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm do bulong, đinh tán hoặc lò xo tạo nên. N : Số điểm tiếp xúc trên bề mặt tiếp xúc của tiếp điểm δb : Ứng suất chống dập của vật liệu làm tiếp điểm. Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Trang 10
Các yếu tố ảnh hưởng tới điện trở tiếp xúc : Từ công thức (1.1) ta thấy điện trở tiếp xúc phụ thuộc vào : điện trở suất của vật dẫn làm tiếp điểm ; Số điểm tiếp xúc; Lực ép lên bề mặt tiếp xúc và Ứng suất chống dập của vật liệu làm tiếp điểm. Ngoài ra điện trở tiếp xúc còn phụ thuộc vào tình trạng của bề mặt tiếp xúc : Nếu bề mặt tiếp xúc bị bẩn, bị rỗ, bị cháy thì điện trở tiếp xúc sẽ tăng lên, làm tổn thất điện áp, tổn thất công suất trên mạng điện. Điện trở tiếp xúc còn phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ càng cao thì điện trở tiếp xúc càng tăng. 2 𝑅𝑡𝑥 (𝜃 ) = 𝑅𝑡𝑥 (𝜃0 ). (1 + 𝑎0 . 𝜃) (Ω) (1.2) 3 Trong đó : a0 : Hệ số điện trở nhiệt θ0 : Nhiệt độ ban đầu cảu tiếp điểm θ: Nhiệt độ tiếp điểm tại thời điểm đang xét. 1.1.4 Hồ quang điện và các biện pháp dập tắt hồ quang: a) Bản chất của hồ quang điện: Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện rất lớn ( tới khoảng 10 2 đến 10 3 A/mm 2 ) có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 5000 đến 6000 o C) và thường kèm theo hiện tượng phát sáng b) Nguyên nhân và tác hại của hồ quang điện: a) b) Hình 1.5 : Mạch hồ quang điện Khi các tiếp điểm 1 và 2 của khí cụ điện còn liền nhau (hình 1.5 a ) trong mạch điện có dòng điện chạy qua. Vì điện trở tiếp xúc giữa hai tiếp điểm 1 và 2 rất nhỏ. Khi các tiếp điểm này cắt ra ( hình 1.5 b) dòng điện trong mạch điện bị cắt sẽ có hiện tượng quá điện áp và điện áp đặt giữa hai đầu tiếp xúc với tiếp điểm 1 và 2 rất lớn. Lúc này mới bắt đầu cắt ra khoảng cách giữa hai tiếp điểm còn rất nhỏ do đó dưới tác dụng của điện áp lớn cường độ điện trường trong khoảng không gian giữa hai đầu tiếp điểm rất lớn làm bật điện tử từ Ca tốt. Số điện tử càng nhiều chuyển động dướ i tác dụng của điện trường làm ion hóa không khí gây hồ quang. Điện áp càng lớn thì hồ quang sẽ càng lớn và càng khó dập tắt. Nếu hồ quang không bị dập t ắt nó sẽ làm hư hỏng tiếp điểm. Bài 1: Khái niệm và công dụng của khí cụ điện Trang 11